Une recherche bibliographique a permis de faire un état de l'art, d'une part des différents principespermettant de détecter le givre et d'autre part de l'application de matériaux magnétostrictifs à la mesure defaibles masses. La faisabilité et l'applicabilité de certains alliages amorphes et nanocristallins à la réalisationde capteurs de givre ont été démontrées.Suite à cet état de l'art, le principe de détection par résonateur magnétostrictif qui a été retenu, a faitl'objet d'une étude approfondie aboutissant à l'établissement d'un nouveau modèle analytique complet desrésonateurs magnétostrictifs sous forme de ruban. L'intérêt principal de ce modèle est la prise en compte depertes mécaniques et l'expression finale contenant la fonction de transfert complète entre les entrées et sortiesélectriques. Ainsi, la réponse en fréquence du modèle est vraiment similaire aux réponses expérimentales. Deplus, il apporte une explication aux retournements observés, pour certains harmoniques entre les fréquencesde résonance et d'antirésonance, pour lesquels l'origine n'avait pu être clairement identifiée.La mise en œuvre de ce nouveau modèle pour la caractérisation de rubans amorphes a montré qu'ilest possible de déterminer le coefficient de couplage à partir de la réponse en fréquence ainsi que le moduled'Young ou l'amortissement. On a donc pu tracer pour des rubans de 2605SC et 2826MB les évolutions avecle champ de polarisation des paramètres du résonateur. De l'évolution de ces paramètres, il est possible dereconstruire les courbes de magnétostriction d'un ruban, ce qui constitue actuellement une méthode decaractérisation.La mise en œuvre d'un prototype a permis de détecter du givre et ainsi de confirmer la faisabilité dela détection de givrage par ce moyen, mais les essais préliminaires qui sont très prometteurs n'ont puapporter une réponse quantitative du capteur soumis à un dépôt de givre. Des mesures utilisant des enceintesde givrage contrôlées en température et en hygrométrie constituent une première perspective. Par ailleurs, lesrésultats présentés dans ce manuscrit s'avèrent une bonne base pour la valorisation de ces travaux,notamment pour la réalisation d'un prototype de capteur, son conditionnement et sa mise en œuvre dans devraies conditions de givrage.

Dans le domaine de l'Internet des Objets (IOT) les matériaux magnétoélectriques composites (MEC) trouvent leurs potentiels utilités dans la récupération d'énergie de microsystèmes autonomes. L'aspect géométrique des matériaux MEC se traduit par l'assemblage de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs sous formes laminaires ou sous formes de mixture par grains. Dans tous les cas ces matériaux possèdent, sous certaines conditions, des coefficients magnétoélectriques qui peuvent fournir des tensions et des puissantes suffisantes pour alimenter des microsystèmes autonomes. Mes travaux de recherche ont porté essentiellement sur une contribution à la modélisation de ces matériaux MEC à l'aide de méthodes analytiques et d'un code numérique basé sur la méthode des éléments finis (MEF) en 2D. Une méthode basée sur la combinaison du tenseur de Maxwell avec le model de Jiles-Atherton modifié a été proposée pour inclure dans la MEF la non-linéarité des couches magnétostrictives. Une étude sur les performances des structures multicouches a été réalisée afin de déterminer la configuration optimale pour les matériaux élaborés à base de couches minces. Une potentielle application dans le domaine biomédical est finalement présentée afin de prouver l'efficience d'un transducteur d'énergie MEC dans ce domaine. Une série de mesures sur un composite bilame est présentée à la fin afin de montrer le plein accord avec la partie modélisation réalisée. / Currently, the "Internet of Everything" (IoE) technologies have attracted significant researchers in the international scientific community. The IoE is based on the idea that identifiable objects are located and controlled via the Internet. To achieve this goal, it is necessary to design embedded systems in millimeter/micrometer scales composed of wireless sensor nodes while overcoming a major drawback of the excessive use of batteries which are limited in lifetime and yield pollutants. The problem calls for the supply of green energy harvesting for wireless sensors. To utilize mechanical vibrations and electromagnetic energy more efficiently, it would be necessary to get simultaneously both energies using materials sensitive to the electromagnetic field and the mechanical vibration such as magnetoelectric materials (ME) that combine the magnetostrictive and piezoelectric effects. Experimental results of ME coefficients from the fabricated ME composites have confirmed the possibility to obtain a few of V/(cm∙Oe) in no-resonant regime and few tens of V/(cm∙Oe) in resonant regime. In case of classical laminate bulk material (Terfenol-D/PZT/Terfenol-D), the delivered powers into optimal impedance are in the order of mW/ cm3. Thus in this context the research work in this thesis focuses on the establishment and assessment of the modelling approaches. The contribution includes analytical numerical methods and a 2D multiphysics finite element method to estimate the performance of the ME materials according to different polarizations and parameters.

Une recherche bibliographique a permis de faire un état de l'art, d'une part des différents principespermettant de détecter le givre et d'autre part de l'application de matériaux magnétostrictifs à la mesure defaibles masses. La faisabilité et l’applicabilité de certains alliages amorphes et nanocristallins à la réalisationde capteurs de givre ont été démontrées.Suite à cet état de l'art, le principe de détection par résonateur magnétostrictif qui a été retenu, a faitl'objet d'une étude approfondie aboutissant à l'établissement d'un nouveau modèle analytique complet desrésonateurs magnétostrictifs sous forme de ruban. L'intérêt principal de ce modèle est la prise en compte depertes mécaniques et l'expression finale contenant la fonction de transfert complète entre les entrées et sortiesélectriques. Ainsi, la réponse en fréquence du modèle est vraiment similaire aux réponses expérimentales. Deplus, il apporte une explication aux retournements observés, pour certains harmoniques entre les fréquencesde résonance et d'antirésonance, pour lesquels l’origine n’avait pu être clairement identifiée.La mise en œuvre de ce nouveau modèle pour la caractérisation de rubans amorphes a montré qu'ilest possible de déterminer le coefficient de couplage à partir de la réponse en fréquence ainsi que le moduled'Young ou l'amortissement. On a donc pu tracer pour des rubans de 2605SC et 2826MB les évolutions avecle champ de polarisation des paramètres du résonateur. De l'évolution de ces paramètres, il est possible dereconstruire les courbes de magnétostriction d'un ruban, ce qui constitue actuellement une méthode decaractérisation.La mise en œuvre d'un prototype a permis de détecter du givre et ainsi de confirmer la faisabilité dela détection de givrage par ce moyen, mais les essais préliminaires qui sont très prometteurs n’ont puapporter une réponse quantitative du capteur soumis à un dépôt de givre. Des mesures utilisant des enceintesde givrage contrôlées en température et en hygrométrie constituent une première perspective. Par ailleurs, lesrésultats présentés dans ce manuscrit s’avèrent une bonne base pour la valorisation de ces travaux,notamment pour la réalisation d’un prototype de capteur, son conditionnement et sa mise en œuvre dans devraies conditions de givrage. / A review of literature allowed first to a state of the art of the different routes to detect the ice on theone hand and of the use of magnetostrictive materials to measure small masses. Both the feasibility andapplicability of metglasses and nanocrystalline alloys to frost resonating sensors have been clearlyestablished.The principle of magnetostrictive sensing resonator was developed and a new comprehensiveanalytical model of ribbonshaped magnetostrictive resonators was successfully achieved. The present modelincludes mechanical losses and the final expression contains the complete transfer function between the inputand output powers. Thus, the predicted frequency response of the model fairly fits to the experimental one.In addition, it clearly explains henceforth the reversals of some harmonic frequencies which occur from theresonance and antiresonance phenomena.The implementation of this new model for the characterization of amorphous ribbons showed thusthat it is now possible to well estimate the coupling coefficient from the frequency response and the Young'smodulus or damping. So we could draw developments with the bias field parameters of the resonator for2826MB and 2605SC amorphous ribbons. The evolution of these parameters allows the magnetostrictioncurves to be well established, that consists in a new characterization method.The implementation of a first prototype permits to detect frost, confirming thus the feasibility ofdetecting icing this way, but these promising preliminary tests could not bring quantitative data to model thefrost deposition on a resonating sensor. Measurements using pregnant icing controlled temperature andhumidity are a first perspective. Finally, it is important to emphasize that the present results appear as a goodsupport for the valorization of this study, especially to elaborate of a prototype sensor based onmagnetostrictive ribbons, its packaging and its implementation in in situ icing conditions.

L'idée que nous avons développé dans ce travail est de faire usage d'une commande électrique unique pour modifier à la fois les propriétés diélectrique et magnétique de nanomatériaux contenus dans le dispositif hyperfréquence. Pour cela, nous cherchons à exploiter le concept de propriété produit, dont un exemple est donné par l'effet magnétoélectrique (ME). Si l'on considère un mélange de deux phases condensées en contact, la première étant magnétostrictive et la seconde piézoélectrique, alors l'application d'un champ magnétique externe sur la phase magnétostrictive génère un champ de contrainte mécanique locale activant la piézoélectricité et ainsi fait apparaître un gradient de potentiel. En d'autres termes, la magnétoélectricité conduit à une variation de la permittivité par l'application d'un champ magnétique externe, et par commutativité, à une dépendance de la perméabilité magnétique sous l'action d'un gradient de potentiel. Les nanostructures granulaires présentent de nombreux avantages par rapport aux céramiques, aux couches minces et aux matériaux monophasés. La faible conductivité, l'absence d'interdiffusion et de réactions chimiques parasites dues au frittage, l'absence de substrat, la conservation de l'échelle nanométrique, la facilité et le faible coût du protocole d'élaboration de ces NCs en font des matériaux de choix pour la réalisation d'un effet ME en vue de proposer des dispositifs hyperfréquences originaux. Le fait saillant de ce travail a été de mettre en évidence un couplage magnétoélectrique (ME) dans des nanocomposites (NCs) granulaires biphasiques dans le domaine micro-onde à température ambiante. L'usage de la résonance ferromagnétique (RFM-LMB) sur une large gamme de fréquences (6-28 GHz) et de spectroscopie micro-onde (100 MHz-6 GHz) combiné à une étude du transport électronique et à l'utilisation de plusieurs sondes morphologiques nous a permis de corréler les propriétés dynamiques de l'aimantation, les paramètres électromagnétiques des matériaux, et les informations microstructurales au coefficient ME.

Le contrôle optique des propriétés physiques d’un matériau suscite l’intérêt des scientifiques pour des enjeux aussi bien fondamentaux qu’appliqués. L’axe de recherche original que nous avons développé dans le cadre de ce travail de thèse visait à la réalisation et l’étude d’hétérostructures moléculaires photo-magnétiques dans des gammes de température susceptibles d’applications. L’approche proposée consistait à élaborer des hétérostructures de type multiferroïque constituées de deux phases, l’une piézomagnétique et l’autre photo-strictive. L’idée était d’optimiser le couplage, d’origine élastique, entre ces propriétés pour permettre l’observation d’effets photo-magnétiques à des températures plus élevées que celles rapportées pour les matériaux monophasés. La couche photo-strictive peut se déformer sous irradiation lumineuse, générant des contraintes biaxiales dans la couche magnétique. Si celle-ci présente une forte réponse piézomagnétique, son aimantation peut être fortement modifiée, notamment au voisinage du point de Curie, allant jusqu’à un éventuel décalage de la température critique sous contrainte. Les composés moléculaires analogues du Bleu de Prusse, de formule générique AxM[M’(CN)6]y . zH2O (où A est un alcalin et M,M’ des métaux de transition), semblaient particulièrement adaptés à l’élaboration de telles hétérostructures. Nous avons utilisé le composé Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8 . zH2O pour la phase photo-strictive, au coeur, et Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O ou K0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O pour la phase magnétique, en coquille. Ces deux phases présentent un désaccord paramétrique de 5,3%.L’objectif principal de ce travail de thèse était de comprendre et de contrôler le couplage élastique entre le cœur et la coquille. Nous avons ainsi dans un premier temps mis en évidence l’existence de ce couplage, la présence de la coquille modifiant les propriétés de photo-commutation du cœur et la déformation du réseau cristallin du cœur étant partiellement transmise à la coquille, induisant des modifications structurales et magnétiques de la coquille. Nous nous sommes dans un second temps intéressés à différents paramètres pouvant influence le couplage. D’abord en étudiant des paramètres géométriques, en faisant varier la taille des particules de cœur, l’épaisseur de la coquille et la microstructure de la coquille. Nous avons à cette occasion mis en évidence les facteurs régissant la croissance des particules de cœur et de la coquille. Ces études ont révélé que le rapport volumique entre le cœur et la coquille contrôlait la qualité du couplage, et que des modifications de la microstructure avait une influence à la fois sur les propriétés de photo-commutation du cœur, mais aussi sur la réponse de la coquille. Enfin, nous avons étudié des coquilles de nature chimique différente pour changer le désaccord paramétrique entre le cœur et la coquille. Il en ressort qu’en diminuant le désaccord, on améliore le couplage, mais cela se traduit notamment par une rétroaction de la coquille plus forte. Si cette rétroaction devient trop importante, le réseau du cœur ne peut plus se déformer. Il s’agit donc de trouver un compromis entre force du couplage et force de la rétroaction de la coquille. Finalement, nous avons mis en évidence le fait que l’on ne peut pas simplement associer l’effet de la coquille à un effet de pression hydrostatique, mais que le couplage des réseaux cristallins joue un rôle important dans la synergie entre les deux phases. / The optical control of the physical properties of a material has drawn considerable attention during the past few years for a fundamental point of view and for applications. The originality of the project developed during this thesis was based on the synthesis and the study of photo-magnetic heterostructures in a temperature range convenient for applications. The approach consisted of developing multiferroic-like heterostructures that associate a piezomagnetic phase and a photo-strictive phase. The idea was to exploit the coupling of elastic origin between these properties, to allow the observation of photo-magnetic effects at temperatures higher than those reported for single-phase materials. The photo-strictive phase can deform under light irradiation, generating biaxial strain in the magnetic phase. If the piezomagnetic response of the latter is high enough, its magnetization could be modulated, especially at the vicinity of the Curie temperature, with a possible shift of the critical temperature under stress. In this project, we focused on molecular solids based on polycyanometallates, namely Prussian blue analogues, whose generic formula is AxM[M’(CN)6]y . zH2O (where A is an alkali metal and M,M transition metals). We used the compound Rb0,5Co[Fe(CN)6]0,8 . zH2O for the photo-strictive phase and Rb0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O or K0,2Ni[Cr(CN)6]0,7 . z’H2O for the magnetic phase. These two phases have a lattice mismatch of 5.3%The main objective of this work was to understand and to control the elastic coupling between the core and the shell. We first highlighted the existence of this coupling, the presence of the shell changing the photo-switching properties of the core, and the deformation of the crystalline lattice of the core inducing structural and magnetic modifications in the shell. Then, we focused on the study of different parameters which can have an impact on the behavior of the heterostructures under light irradiation. We showed that the volumic ratio between the core and the shell is a key factor to control the efficiency of the coupling. The microstructure of the shell can also play an important role, but is not as well understood. In the end, we studied other Prussian blue analogs shells in order to change the lattice mismatch between the core and the shell. We could evidence that by reducing the lattice mismatch we tend to increase the coupling, but if this coupling is to strong, the retroaction of the shell hinders completely the dilatation of the core lattice. The idea is also to find a compromise between the strength of the coupling and the strength of the shell retroaction. In the end, we proved that we cannot associate the effect of the shell to an hydrostatic pressure, but that the coupling of the crystalline lattices play an important role in the synergy between the two phases.