L'étude des propriétés structurales et électroniques des séries RMgSn et RMgPb (R = terre rare) a montré que la grande stabilité du type CeScSi est liée aux liaisons fortes T-X et R-X et à une bonne adaptation de la structure à la taille de l'élément R. Ces séries sont les premières isotypes de CeScSi à comportements antiferromagnétiques caractérisés par des structures complexes modulées en amplitude. Les nouveaux composés RTiGeBx (R = Y, Gd-Tm, Lu) cristallisent dans la structure YTiGeCx, une variante partiellement carburée de la structure CeScSi, et présentent une mise en ordre ferromagnétique à haute température localement perturbée par les atomes de bore. Par diffraction neutronique, la mise en ordre antiferromagnétique du sous-réseau de chrome dans le composé type ThCr2Si2 a été observée pour la première fois. UCr2Si2 ne présente quant à lui qu'une mise en ordre antiferromagnétique du sous-réseau d'uranium. Le nouveau carbure UCr2Si2C cristallise dans la structure CeCr2Si2C et présente, à l'inverse des autres RCr2Si2C, un ordre antiferromagnétique du sous-réseau de chrome. Les nouveaux composés RCr3Si2C (R = Y, Gd-Tm, Lu, U) cristallisent dans une nouvelle structure-type de groupe d'espace P6/mmm et de paramètres a ~ 9 Å et c ~ 4 Å. Des calculs de structures électroniques ont permis d'expliquer la stabilité de cette structure. Dans le contexte de la recherche sur la magnétoréfrigération, l'étude des composés R6Mn23 (R = Gd-Tm) a été entreprise. Ils présentent un effet magnétocalorique d'intensité modérée mais s'étendant sur un très large intervalle en température. De nombreuses substitutions montrent que ces caractéristiques peuvent être facilement ajustées. / The structural and electronic properties study of the RMgSn and RMgPb (R = rare-earth) series allowed to show that the great stability of the CeScSi-type is related to strong T X and R-X bonds and to good structure adaptation to the size of the element R. These series represent the first two examples of CeScSi-type compounds with antiferromagnetic behaviors characterized by complex modulated magnetic structures. The new RTiGeBx (R = Y, Gd-Tm, Lu) compounds crystallize in the YTiGeCx-type structure, a partially carbon filled CeScSi-type. They exhibit ferromagnetic ordering at high temperature locally perturbed by the boron atoms. For the first time, neutron diffraction experiments evidenced an antiferromagnetic order of the chromium sublattice in the ThCr2Si2 compound, while UCr2Si2 exhibits only an antiferromagnetic ordering of the uranium sublattice. The new UCr2Si2C compound crystallizes in the CeCr2Si2C-type and presents, on the contrary of the other RCr2Si2C, an antiferromagnetic order of the chromium sublattice. The new RCr3Si2C (R = Y, Gd-Tm, Lu, U) compounds crystallize in the new YCr3Si2C-type structure with the space group P6/mmm and cell parameters a ~ 9 Å et c ~ 4 Å. Electronic structure calculations allowed to explain the structural stability. In the field of the magnetic refrigeration, the study of the R6Mn23 (R = Gd-Tm) compounds has been undertaken. These materials exhibit a moderate magnetocaloric effect over a broad temperature range. Many substitutions showed that these characteristics can be easily adjusted.

Le manuscrit présente des travaux relatifs à la caractérisation structurale, électrique et magnétique des matériaux manganites poly-cristallin, les manganites qui présentent un intérêt industriel croissant compte tenu de ses nombreux domaines d'application et sa complexité du point de vu fondamentale; ces matériaux sont des systèmes dont les électrons sont fortement corrélés par la présence de plusieurs interactions en compétition. Les principaux objectifs de la thèse étaient de mieux comprendre l'effet de la substitution aléatoire sur le site A de la structure double pérovskite (famille Ruddlesden – Popper A2MnO4 dérivée de pérovskite AMnO3), principalement sur les propriétés magnétique. Cette étude a été effectuée sur toute la gamme de température, étude des phénomènes critique au pont de transition et l'étude de la susceptibilité magnétique a haut température. Enfin, une étude d'autres matériaux présentant des propriétés cristallographiques et physique très intéressantes de type RMX5. Les résultats ainsi obtenu permettent des progrès significatifs dans la compréhension de ces matériaux. / The manuscript presents the work on the structural, electrical and magnetic materials manganites poly-crystalline manganites that have a growing industrial interest due to its many applications and the complexity of fundamental point of view, these materials are systems which electrons are strongly correlated with the presence of several competing interactions. The main objectives of the thesis were to better understand the effect of random substitution on the A site of the perovskite structure twice (family Ruddlesden - Popper A2MnO4 derived from perovskite AMnO3), mainly on the magnetic properties. This study was conducted over the entire temperature range, ie, the study of phenomena Spin Glass at very low temperatures, the study of critical phenomena at the transition point and the study of the magnetic susceptibility at high temperature. Finally, a study of other materials having physical and crystallographic properties very interesting type RMX5.

La première partie des travaux réalisés durant cette thèse a été dédiée à l'élaboration de composés de type LaFe13-xSix (1,2 < x < 2,3) par une méthode de synthèse qui, jusque là, n'avait pas encore été utilisée pour ce type de matériaux : la mécanosynthèse à haute énergie. Il a fallu déterminer les conditions de synthèse et de recuit optimales pour l'obtention d'échantillons monophasés. L'homogénéité de ces derniers a été systématiquement analysée par diffraction des rayons X et microsonde électronique. Les résultats ont montré qu'une microstructure plus fine favorise la formation de la phase désirée : un recuit de 30 minutes (au lieu de 30 jours pour les composés massifs) à 1373K sut à l'obtention d'un composé quasi-monophasé. Ceci représente un gain de temps non négligeable pour tous procédés industriels. D'après les mesures magnétiques eectuées, les composés synthétisés par broyage mécanique possèdent des propriétés magnétiques et magnétocaloriques similaires aux composés massifs. Ils présentent une transition métamagnétique des électrons itinérants induite par le champ ou la température. Leur température de Curie augmente avec le taux de Si, variant de 200K à 235K respectivement lorsque x varie de 1,4 à 2,0 alors que leur variation d'entropie magnétique diminue de 20 J/kg K à 4 J/kg K sous une variation de champ de 0-2 T. La deuxième partie de l'étude a consisté à améliorer les propriétés magnétocaloriques des composés intermétalliques en procédant à l'insertion d'atomes interstitiels tels que l'hydrogène ou le carbone. Conformément à la littérature, les mesures magnétiques ont montré une nette augmentation de la température de transition (jusqu'à température ambiante) dans les deux cas par effet magnétovolumique tout en conservant un eet magnétocalorique important. Les analyses par diffraction des neutrons en température effectuées sur les composés deutérés (hydrogénés) ont permis de suivre l'évolution des données cristallographiques ainsi que des moments magnétiques par atomes de Fe indépendamment des sites cristallographiques qu'ils occupent. Il ressort de cette étude que ces composés présentent un grand intérêt dans la recherche de futurs matériaux magnétocaloriques pour la réfrigération magnétique à température ambiante. Dans le cadre de l'exploration de nouveaux systèmes magnétocaloriques, les propriétés magnétiques et magnétocaloriques des composés Y1-xRxFe2D4;2 (R = Er et Tb) ont également été étudiés en couplant les analyses magnétiques avec les mesures de diffraction des neutrons en fonction de la température et du champ appliqué. Ces travaux ont mis en évidence l'influence importante de la nature et du taux de terre–rare substitué à l'yttrium sur l'eet magnétocalorique.

La technologie de la réfrigération magnétique présentée dans ce manuscrit constitue une alternative prometteuse à la technologie de production de froid. Le travail effectué a porté tout d’abord sur une étude de la production de froid magnétique et un état de l’art de cette technologie émergente. Nous nous sommes fixés pour objectif de dimensionner et réaliser un réfrigérateur magnétique qui se présente sous la forme d’un actionneur intégré. Le dimensionnement a été réalisé par le biais d’un modèle à éléments finis. Il s’agit d’un dispositif présentant deux entrefers, dont un suffisamment large pour pouvoir accueillir un régénérateur magnétocalorique au sein duquel la valeur de l’induction est la plus élevée possible tout en offrant un profil d’induction de forme trapézoïdale. La réalisation du démonstrateur sur la base des étudeseffectuées par éléments finis constitue la première étape vers la réalisation d’un réfrigérateur magnétique intégré pouvant être logé dans une automobile. Pour finir, et afin d’améliorer encore les performances de notre dispositif, une optimisation de l’inducteur électromagnétique a été effectuée par le biais d’un modèle à éléments finis couplé à un algorithme d’optimisation. / The magnetic refrigeration technology is a promising alternative technology to the production of cold. The work carried out focuses on the technology of magnetic refrigeration, a state of the art of this emerging technology has also been done. A magnetocaloric regenerator is placed in the air gap of the motor. It is necessary to design a motor with an air gap wide enough and where the induction will be as high as possible in order to insert the magnetocaloric regenerator. The regenerator is a hollow cylinder whose dimensions are adapted to the air gap of the synchronous machine. It is intended to contain the magnetocaloric material. The design of the electric motor is made in order to obtain a maximal variation of induction ΔB in the air gap and a temperature difference ΔT as large as possible, improving the magnetocaloric performance of the prototype. The profile of induction should also be as close as possible to a rectangular signal. The realization of the demonstrator based on the finite element studies is the first step towards the realization of integrated magnetic refrigerator which can be housed in an automobile. Finally, and in order to improve the performance of our device, an optimization of the electromagnetic inductor was carried out with a finite element model coupled to an optimizationalgorithm.

La réfrigération magnétique est une alternative verte et théoriquement plus efficace que les systèmes de refroidissement classiques utilisant des cycles de détente/compression de gaz nocifs pour l'environnement comme les CFC et les HCFC. Malheureusement, les meilleurs matériaux utilisés actuellement dans les prototypes de réfrigération magnétique sont très dispendieux (5000$/kg pour le Gd) ce qui limite leur utilisation. La découverte de l'effet magnétocalorique géant en 1997 près de la température ambiante a fait exploser le nombre de publications dans le domaine. La recherche du matériau idéal était lancée. Les principales caractéristiques recherchées sont un grand effet magnétocalorique et une grande capacité réfrigérante. L'effet magnétocalorique correspond au changement d'entropie lors de l'application d'un champ magnétique. Elle est importante près des transitions magnétiques. Parmi les familles de matériaux étudiées pour leur effet magnétocalorique, on retrouve les manganites. Avec des structures cristallines apparentées, le La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6 (LNMO) et le Pr[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6 (PNMO), des doubles pérovskites, possèdent des transitions magnétiques légèrement sous la température ambiante, soit 280 K et 212 K. De plus, le caractère isolant, la stabilité et le faible coût de ces matériaux leur procurent un net avantage pour leur intégration dans des systèmes de réfrigération magnétique. Dans ce mémoire, la croissance par ablation laser pulsé de couches minces de doubles pérovskites (La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6, Pr[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6) et d'hétérostructures de ces composés a été effectuée. Une caractérisation de la structure des échantillons à l'aide de la diffraction des rayons X a permis d'analyser les variations des paramètres de réseau en plan et hors plan en fonction de la température et de la pression d'oxygène lors de la croissance. La texture des couches a également été mesurée. La structure des échantillons a pu être mise en relation avec les propriétés magnétiques des matériaux. La variation de pression d'oxygène lors de la croissance permet de contrôler la proportion des phases ordonnée et désordonnée magnétiquement dans les échantillons de La[indice inférieur]2NiMnO[indice inférieur]6. L'aimantation à saturation ainsi que les températures de transition des phases ordonnée et désordonnée du LNMO sont obtenues à l'aide de mesures d'aimantation en fonction du champ magnétique et en fonction de la température respectivement. L'effet magnétocalorique a été mesuré sur tous les échantillons pour des gammes de températures allant de 10 K à 320 K. La variation d'entropie maximale de 2,1 J/kgK pour un champ magnétique de 0-7T est obtenue pour l'échantillon à 300 mTorr. Par contre, la présence de la phase désordonnée dans certains échantillons élargit le pic de variation d'entropie en fonction de la température augmentant ainsi la capacité réfrigérante de l'échantillon. La capacité réfrigérante est alors comparable à celle du Gd[indice inférieur]5Ge[indice inférieur]2Si[indice inférieur]2. De plus, une variation d'entropie en forme de plateau sur une très large gamme de température (55 K à 298 K) maximise l'efficacité des cycles thermodynamiques. Un plateau s'étalant sur une aussi grande gamme de température n'avait jamais encore été observé. Une autre technique pour élargir le pic de variation d'entropie est de combiner deux matériaux possédant des transitions magnétiques rapprochées en température. Une bicouche de LNMO/PNMO et une tricouche de LNMO/LPNMO(LaPrNiMnO[indice inférieur]6)/PNMO ont donc été déposées. Un plateau de variation d'entropie a été obtenue sur une gamme de température allant de 152 K à 298 K. Par contre, des problèmes dans la croissance du LPNMO ont nui au magnétisme et réduit grandement l'effet magnétocalorique. La faible aimantation rémanente, le faible champ coercitif et la nature isolante des échantillons leurs procurent également un avantage pour une application dans un système de réfrigération magnétique.

Fin des années 1980, la découverte de l'effet magnétorésistif géant, qui se caractérise par une variation importante de la résistance électrique d'un matériau lorsqu'on le soumet à un champ magnétique, a eu un impact très important tant au niveau des études fondamentales qu'en vue d'applications industrielles telles que la réduction de la taille des disques durs des ordinateurs (Prix Nobel d'A. Fert en 2007). L'engouement ainsi suscité a permis de mettre en évidence cet effet, au début des années 1990, dans les couches minces d'oxyde de type pérovskite ABO3 et plus particulièrement dans les manganites de terres rares (Ln1-xAx)MnO3. Le but de ce travail s'inscrit dans ce cadre et concerne l'élaboration et l'étude des propriétés physiques (structurales, magnétiques, de transport et magnétocaloriques) de nouveaux manganites qui pourraient avoir des applications dans un domaine connexe qui est la réfrigération magnétique. En effet, cette dernière décennie, a vu les découvertes de nouveaux composés présentant des effets magnétocaloriques géants qui ont conduit aux premiers essais de laboratoire de la réfrigération magnétique. Celle-ci semble être l'une des alternatives très sérieuses pour le remplacement des systèmes de réfrigération classique basés sur la compression-détente des gaz. Cette nouvelle technique, comparée aux techniques traditionnelles, présente plusieurs avantages, elle est plus efficace sur le plan énergétique, plus compacte et surtout moins nuisible à l'environnement. La première partie de ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation des composés de formule La1-xCexMnO3. Nous avons étudié l'effet du recuit sur les propriétés morphologique, structurale, magnétique et magnétocalorique de ces composés. L'application du modèle de Landau, en bon accord avec les résultats expérimentaux de la mesure l'entropie magnétique SM, a montré que la nature de transition de phase dépend aussi de la température de recuit. La composition x=0.4 de ce composé présente la valeur la plus élevée du facteur de mérite RCP, ce qui en fait un bon candidat pour les applications à la réfrigération magnétique. Dans une deuxième partie une étude des propriétés morphologique, structurale, magnétique et magnétocalorique des manganites de formule La0,7Ca0,15Sr0,15Mn1-xFexO3 a été réalisée. Le fer n'influe pas sur les propriétés structurales mais entraîne une diminution de la température de Curie TC. Afin d'approfondir ces études, nous avons proposé un matériau composite basé sur deux composés La0,7Ca0,15Sr0,15Mn1-xFexO3 (x = 0,025 et 0,75). La variation d'entropie du composite reste approximativement constante entre 260 et 300 K. En conséquence, ce matériau composite peut être un très bon candidat pour la réfrigération magnétique au voisinage de l'ambiante. Dans une dernière partie, nous avons étudié l'effet du double échange, de la méthode de préparation, le rayons du site A et la nature magnétique du dopant au site B sur les propriétés magnétocaloriques en caractérisant la famille des composés La0,6A0,4Mn1-xFexO3 (A= Ca, Sr et 0≤x≤0,2) par diffraction des rayons X et par mesures magnétiques. D'une part, l'entropie magnétique maximale augmente avec le rayon du site A et est peu affecté par le rayon du site B et d'autre part, la méthode de préparation solide-solide est à privilégier puisqu'elle permet d'obtenir les plus grandes valeurs d'entropie magnétique maximale. / Since the discovery of the giant magnetoresistance effect (end of 1980s), which is characterized by a large change in the electrical resistance of a material under the effect of a magnetic field, a major impact has been motivated both on fundamental and practical aspects (Nobel Prize of A. Fert in 2007). The intensive research activities in this field have leaded in the end of 1990 to point out the giant magnetoresitance in thin films of perovskite family, in particular the manganites (Ln1-xAx)MnO3. The aim of this work concern the study of the structural, magnetic, electrical and magnetocaloric properties of new manganites based materials in view of their application in the magnetic cooling. It is worth noting that in recent years, a giant magnetocaloric effect has been reported in several materials leading to the implementation of new efficient magnetic cooling systems. This technology is considered actually as the most alternative to replace the classical systems based on the compression-relaxation process. Compared with conventional refrigeration, magnetic cooling presents relevant advantages such as a decrease of energy consumption (high efficiency) and reduction of the acoustic and environmental pollution (elimination of the standard coolants: CFC, HCFC). The first part of this work concerns the elaboration as well as the characterization of the compound with La1-xCexMnO3 formula. We have studied the role of the annealing on the morphological, structural, magnetic and magnetocaloric properties of these materials. Using the Landau theory, we have calculated the magnetic entropy change ΔSM, which is found in good agreement with the measurements, and we have shown that the nature of the magnetic transition depends also on the annealing temperature. The compound with the composition x = 0.4, presents a large value of the figure of merit RCP, which make this material a good candidate for magnetic cooling application. In the second part, a detailed study of the morphological, structural, magnetic and magnetocaloric properties of the compounds with La0,7Ca0,15Sr0,15Mn1-xFexO3 formula has been performed. The iron Fe don't affect the structural properties, but induces a decrease of the Curie temperature. Based on the La0,7Ca0,15Sr0,15Mn1-xFexO3 (x = 0, 025 et 0,075) compositions, a composite material was proposed. The entropy change of the composite remains approximately constant in the temperature range between 260 and 300 K. Consequently, the proposed composite can be a good refrigerant for room temperature applications, in particular the magnetic cooling systems that use AMR or Ericsson thermodynamic cycles. In the last part, we have investigated the effect of the double exchange, preparation method and, ionic radius in A site and the magnetic nature on the doping in B site on the physical properties of La0,6A0,4Mn1-xFexO3 (A= Ca, Sr et 0≤x≤0,2) by using X-rays diffraction and magnetic measurements. The results demonstrate that the maximum entropy change increases with the ray of A site while it is slightly affected by the B site ray. On the other hand, it seems that the solid-solid preparation technique allows to obtain compounds with high magnetocaloric performances.

Les différents accords environnementaux interdisent l'utilisation de fluides frigorigènes usuels (protocole de Montréal : FC et HCFC et protocole de Kyoto : HFC). Il est donc pertinent de mener, parallèlement aux travaux actuels sur les nouveaux fluides frigorifiques, des recherches de nouvelles solutions de production du froid assurant une haute efficacité énergétique et un faible impact environnemental. La réfrigération magnétique constitue une des solutions. Cette technologie est basée sur l'effet magnétocalorique (EMC), une propriété intrinsèque de certains matériaux magnétiques. Compte tenu de cette activité de recherche novatrice, nous avons opté pour une approche globale dans laquelle nous avons essayé de maîtriser les différents aspects de cette technologie : du principe physique à l'application. Pour ce faire, un ensemble d'outils d'aide à la compréhension et à la conception ont été développés et exploités pour le dimensionnement d'un dispositif rotatif à aimants permanents de réfrigération magnétique.

La réfrigération magnétique est une technologie innovante de production de froid, qui peut remplacer la technique classique de compression-détente de fluides frigorigènes. Son principe est basé sur l'effet magnétocalorique qui se traduit par le refroidissement ou l'échauffement de certains matériaux sous l'action d'un champ magnétique. Ce travail de thèse s'est déroulé dans le cadre d'un projet " CARNOT Energies du futur " et s'oriente vers l'étude magnétothermique et fluidique de systèmes de réfrigération. Pour cela, un outil numérique a été développé à l'aide du logiciel FLUENT afin de décrire le comportement thermique de différents régénérateurs, cœur même des systèmes de RM. En parallèle, deux systèmes de réfrigération magnétique ont été développés et améliorés, chacun d'eux présentant des performances intéressantes. Ces résultats ont permis de comprendre et définir les facteurs les plus influents sur leurs performances, et en déduire ainsi leurs conditions de fonctionnement optimales

La plupart des pnictures ternaires de formule générale MM'X (où M et M' sont des métaux de transition et X un élément p tel que P et As) cristallisent avec une structure dérivée de type Fe2P présentant un effet magnétocalorique (MCE) élevé avec une concentration en électrons d proche de celle de Fe. Au contraire, les systèmes polytypes MM'X de type Co2P conduisent à des performances modestes, même lorsque les éléments métalliques sont identiques, à savoir les phases MnFeP1-xAsx (hexagonale) et MnFe1-xCoxP (orthorhombique) présentes dans des diagrammes de phases magnétiques très similaires. Ainsi, le but de ce travail était tout d'abord de mieux comprendre l'évolution fondamentale des comportements structuraux et magnétiques de la série orthorhombique lorsqu'on effectue des substitutions partielles d'éléments choisis sur des sites spécifiques, tels que Mn par Cr, Ni par Fe ou Co, et P par Si ou Ge. D'autre part, il s'agissait d'optimiser la formulation et le procédé d'élaboration visant à concevoir des composés de type hexagonal dans lesquels As est entièrement remplacé par Si plus sûr, et présentant des performances MCE élevées, en vue d'une production pilote.Dans un premier temps, des efforts de synthèse suivis d'analyses DRX, de mesures d'aimantation en fonction du champ et de la température, d'analyses par diffraction de neutrons des structures magnétiques, de caractérisations calorimétriques et de mesures comparatives de MCE, ont été réalisées sur de nombreux échantillons formant un panel représentatif. De manière inattendue, Ni, le métal 3d qui porte le moment magnétique le plus faible, a conduit à des anomalies de volume de la maille en fonction du taux de substitution de Fe ou de Co, induisant une évolution non linéaire de l'aimantation à saturation. Après plusieurs tentatives, et en combinant des substitutions mixtes sur les sites métalliques et non métalliques (par exemple Ni à Co / Ge à P), la variation initiale de l'entropie magnétique à la transition (ΔSm) a été améliorée par environ un facteur 3, pour atteindre le niveau de référence du Gadolinium. En outre, des structures magnétiques non colinéaires et non commensurables aient été établies, en bon accord avec l'analyse Mössbauer 57Fe et les calculs de structure électronique.Le deuxième volet de ce travail comporte 3 parties. D'une part, des analyses de type XRD, MEB, aimantation, calorimétrie... ont été réalisées afin de caractériser les particularités des poudres magnétocaloriques Mn1-xFexP1-xSix de type Fe2P produites à grande échelle par atomisation sous jet de gaz. Le traitement de recuit après atomisation est apparu comme étant l'un des paramètres les plus importants pour accéder à des performances MCE élevées. Plusieurs essais ont permis de définir la meilleure gamme de température, le temps de recuit et la vitesse de refroidissement. Ainsi, la caractéristique ΔSm a été améliorée de 0,2 à 4 J/kg.K pour une variation de 0-2 T. Pour conforter les résultats ci-dessus, des travaux ont été focalisés sur une formule simple - MnFeP0.5Si0.5 - préparée à partir de précurseurs et en utilisant la fusion HF. L'objectif était de mieux contrôler l'équilibre de phases dans le système quaternaire. A partir de cette étape, des performances très intéressantes ont été atteintes, avec un ΔSm de 15 J/kg.K (0-2 T). Enfin, l'emploi de précurseurs spécifiques et de la fusion HF ont été appliqués pour produire des formules différentes (différents rapports Mn / Fe et P / Si), comprenant l'utilisation de poudres atomisées. Avec l'expérience acquise, des valeurs de 18 et de près de 24 J/kg.K (0-2 T) ont été atteintes.En conclusion, les paramètres chimiques et topologiques gouvernant les différences majeurs entre les pnictures MM'X de type Fe2P et de type Co2P ont été discutées. / Most of ternary pnictides with general formula MM’X (where M and M’ are transition metals and X being a p-element such as P and As) crystallize with a Fe2P type structure exhibiting high magnetocaloric effect (MCE) with d-electron concentration close to that of Fe. Surprisingly, polytype systems MM’X of Co2P-type lead to low performances, even when involving the same metal elements, i.e., MnFeP1-xAsx (hexagonal) and MnFe1-xCoxP (orthorhombic), which exhibit very similar magnetic phase diagrams. So the aim of the work was first to better understand the main crystalline and magnetic fundamental trends of the orthorhombic series when controlling substitutions of selected elements to specific sites e.g. Cr to Mn, Ni to Fe or Co, Si tor Ge to P. Then, the goal was to optimize formula and process aiming being able to design hexagonal type compounds where As is fully replaced by safer Si, for high MCE characteristics, in view of pilot production.At first, synthesis efforts followed by XRD analyzes, magnetization vs field and temperature, neutron scattering investigations of magnetic structures, calorimetry and comparative MCE measurements, were carried out on numerous samples forming a representative panel. Unexpectedly, the less magnetic 3d metal Ni caused cell volume anomalies vs substitution rate to Fe or Co leading the saturation magnetization to evolve non-linearly. From the several attempts, and combining mixed substitutions on metallic and non metallic sites (e.g. Ni to Co / Ge to P), the initial variation of the magnetic entropy at transition (ΔSm) was improved by about 3 times, to reach the reference level Gd. Besides non-collinear and non-commensurate magnetic structures were established, agreeing well with 57Fe Mössbauer analysis and electronic structure calculations.The second action of this work consists in 3 parts. First, analysis involving XRD, SEM, magnetization, calorimetry… was deployed to characterize well the peculiarities of MCE promising Mn1-xFexP1-xSix powders of Fe2P-type produced at a large scale by gas atomization. Of the most critical parameters was the post annealing treatment, which is expected delivering high MCE performances. Several attempts have progressively revealed the best range of temperature, annealing time and cooling down rate. Thus the ΔSm characteristic upgraded from 0.2 to 4 J/kg.K for a variation of 0-2 T. To confirm the above results, works focused to a simple formula MnFeP0.5Si0.5 prepared from precursors and using HF melting. The goal was to better control the phase equilibrium in the quaternary system. From this step, ΔSm up to 16 J/kg.K (0-2 T) was achieved. At the end, the method of dedicated precursor and HF melting was applied to produce different formula (various Mn/Fe and P/Si ratios), comprising the use of the atomized powders. With the gained experience 18 and then close to 24 J/kg.K (0-2 T) was reached.In a final conclusion, chemical and topology parameters driving the critical differences in between related to the Fe2P and Co2P types of MM’X pnictides were discussed.

Le projet porte sur le développement d'une pompe à chaleur magnétocalorique pour l'entreprise NextPAC. Une étude a été réalisée sur les transferts thermiques se déroulant dans le régénérateur de la pompe. Cette étude a permis de développer un modèle numérique permettant de simuler les échanges thermiques au sein du régénérateur et de développer un démonstrateur afin de pouvoir réaliser des mesures thermiques sur un matériau magnétocalorique échangeant avec un fluide caloporteur en écoulement alterné. De plus, une étude critique et approfondie a été réalisée sur le premier prototype de NextPAC afin d'évaluer son bon fonctionnement. De nombreuses propositions d'amélioration ont été proposées pour la réalisation d'un second prototype. / The project involves the development of a magnetocaloric heat pump for the NextPAC company. A study has been realized on the thermal transfers in the pump's regenerator. This study allowed us to develop a digital model that simulates the thermal exchanges in the regeneratot and to develop a demonstrator in order to collect thermal measurements of a magnetocaloric material. This last exchanges heat transfers with an oscillating fluid flow. Moreover, a study on a first industrial prototype hads been carry out in order to check and to show improvements that have to be carry out fo a second planned prototype.