Ce travail de thèse a pour but l'élaboration et la caractérisation microstructurale / magnétique de systèmes multicouches Fe/Mn présentant un couplage d'échange anisotrope. La caractérisation structurale a été effectuée par microscopie électronique en transmission, ce qui a permis d'identifier les structures α-Fe et α-Mn ainsi que l'évolution de la rugosité aux interfaces avec la température de dépôt. Les analyses en sonde atomique tomographique ont permis d'obtenir une analyse locale des interfaces. Les profils linéaires de concentration obtenus ont révélé une asymétrie des interfaces Fe/Mn et Mn/Fe avec la formation de mélange Fe-Mn à concentration modulée aux interfaces, ainsi qu'une augmentation de la largeur de l'interface Fe/Mn avec la température de dépôt. Les mesures de spectroscopie Mössbauer ont permis d'identifier l'environnement local des atomes de Fe. Les zones riches en Fe sont ferromagnétiques avec une distribution de champ hyperfin reflétant la composition modulée, et les zones riches en Mn sont antiferromagnétiques avec une température de Néel sensiblement proche de celle du α-Mn. La caractérisation magnétique a été effectuée dans un premier lieu par magnétométrie à SQUID, ce qui a permis de déterminer l'évolution de l'aimantation globale des échantillons, le champ de d'échange et le champ coercitif. Par ailleurs, les profils d'aimantation en profondeur ont été obtenus par réflectométrie de neutrons polarisés, ce qui a permis d'identifier deux types de couches de Fe, ainsi que l'influence de la température d'élaboration sur le champ coercitif.

Le polyéthylène haute densité (PEhd) est communément utilisé en génie civil en raison notamment de son faible coût, de sa facilité de mise en œuvre, de ses propriétés barrières ou encore de sa résistance à l'humidité et aux agents chimiques. Cependant, en environnement extérieur, plusieurs facteurs tels que le lessivage par l'eau de pluie, les rayonnements ultra-violets (UV) et les variations saisonnières de température peuvent entraîner une dégradation chimique du PEhd et conduire à sa fragilisation. L'objectif de cette thèse est d'une part, de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes gouvernant la durabilité des PEhd, et d'autre part, d'établir une méthodologie permettant de diagnostiquer l'état de dégradation des gaines industrielles vieillies sur site. Pour cela, dans une première partie, nous avons étudié le processus de perte des antioxydants au cours de vieillissements thermiques dans l'air ou dans l'eau, pour des films de PEhd modèles contenant des teneurs contrôlées en stabilisants phénoliques ou phosphites. La seconde partie a été consacrée à une étude approfondie des mécanismes de vieillissements thermiques et photo-oxydatifs de films de PEhd purs non stabilisés. A partir d'une approche multi-échelle et multi-technique, il a ainsi été possible d'évaluer l'impact de ces vieillissements accélérés sur la composition chimique, les structures macromoléculaire et cristalline ainsi que les propriétés d'usage du PEhd. Dans une dernière partie, le même type d'approche a été appliqué à des gaines PEhd industrielles vieillies sur ouvrages afin d'identifier les mécanismes prépondérants pouvant intervenir lors du vieillissement naturel, à la lumière des mécanismes thermique et photochimique précédemment étudiés pour les films modèles de PEhd.

L'apparition des électrolytes solides dans le domaine du stockage de l'énergie ouvre la voie à un véritable bouleversement dans la conception et la fabrication des générateurs électrochimiques. Leur champ d'application est extrêmement vaste : réalisation de piles et d'accumulateurs légers pour équiper les véhicules électriques, élaboration de micropiles utilisées à des fins médicales et horlogères par exemple...

Les bronzes mixtes de forume MxV2-yTyO5 étudiés par J. Darriet (1 à 4) constituent une extension importante des bronzes oxygénés de vanadium MxV2O5 ou MxV5+2-xV4+xO5 ; le bronze mixte correspond alors à la substitution couplée : ...

L'oxyde de cobalt Sr2Co2O5+-x cristallise sous deux variétés cristallines différentes selon la configuration électronique du cobalt trivalent: la brownmillerite dérivée de la perovskite cubique (forme haute temperature) et une forme basse température lacunaire en oxygène dérivée de la perovskite hexagonale 2H dont les structures ont été précisées. Seule la forme brownmillerite a pu être oxydée par voie électrochimique en milieu alcalin, l'oxyde SrCo4+O3 de structure perovskite cubique est alors obtenu. Les études électrochimiques, cristallographiques et les propriétes physiques de ces matériaux ont permis d'expliquer ces phénomènes et l'absence d'oxydation de la forme basse température.

L'apport de la spectrométrie neutronique à la compréhension des propriétés physiques des solides est essentiel pour toutes les questions relatives à la structure ou à la dynamique des matériaux. Les problèmes traités ces dernières années au Laboratoire de Chimie du Solide du CNRS et auxquels nous avons collaboré se rattachaient tous à l'aspect structural des solides et nécessitaient par conséquent un large emploi des techniques de diffraction. Ils ont été choisis en fonction des avantages que l'on pouvait tirer de l'utilisation de la diffraction des neutrons par rapport à la diffraction des rayons-X, avantages qui découlent des propriétés des neutrons eux-mêmes et qu'il convient de rappeler brièvement ici...

Ce travail a pour objectif de contribuer à l'étude du magnétisme dans les oxydes isolants de type AB_2O_6 (A= Fe, Co, Ni; B= Ta, Sb). Ces composés cristallisent dans une structure trirutile et présentent une variété très riche de phases magnétiques. Tous les ordres observés peuvent être classés comme antiferromagnétiques mais diffèrent d'un ordre simple de type Néel. En outre, les substitutions comme Fe_xCo_{1-x}Ta_2O_6, Fe_xNi_{1-x}Ta_2O_6 et Co_xNi_{1-x}Ta_2O_6 conduisent à des domaines de coexistence de phases magnétiques et à des points bicritiques dans les diagrammes de phases T(x). Une caractéristique particulièrement intéressante de ces composés est le caractère quasi-bidimensionnel de leur magnétisme, puisque les ions de métaux de transitions A apparaissent dans des réseaux plans séparés par deux plans d'ions non magnétiques B. Une forte anisotropie de champ cristallin est observée sur les sites magnétiques, résultant de la distorsion axiale des octaèdres d'oxygènes qui entourent ces ions A. Nous avons abordé deux aspects complémentaires: théorique et expérimental. Du point de vue théorique, une reformulation du modèle bidimensionnel jusqu'à present utilisée pour décrire la susceptibilité paramagnétique nous a permi d'obtenir des constants d'échange compatibles avec les types d'ordre magnétique planaire observés. Considérant que le caractère tridimensionnel des structures magnétiques révélées par diffraction neutronique indique l'importance du couplage entre plans, quoique faible, à basse température, nous proposons un modèle tridimensionnel coherent avec les ordonnements observés aussi dans le plan ab qu'au long de l'axe c. Du point de vue expérimental, nous faisons des substitutions sur le site non magnétique pour modifier de façon systematique l'espacement entre les plans magnétiques et, en consequence, le couplage entre eux. En particulier, nous avons synthétisé des composés du type ANb_xTa_{2-x}O_6 avec A = Fe, Ni et Co, restant dans le domaine de stabilité de la phase quadratique, puisque la présence de Nb favorise une phase orthorhombique. Une caractérisation structurale et magnétique de ces systèmes est faite par diffraction de rayons X et de neutrons, complétées par des mesures de susceptibilité magnétique, chaleur spécifique et aimantation en fonction du champ appliqué. Nous étudions également des séries avec Sb à la place de Nb où nous avons également effectué des remplacements sur le site magnétique.

Ce travail a pour objectif de contribuer à l'étude du magnétisme dans les oxydes isolants de type AB_2O_6 (A= Fe, Co, Ni; B= Ta, Sb). Ces composés cristallisent dans une structure trirutile et présentent une variété très riche de phases magnétiques. Tous les ordres observés peuvent être classés comme antiferromagnétiques mais diffèrent d'un ordre simple de type Néel. En outre, les substitutions comme Fe_xCo_{1-x}Ta_2O_6, Fe_xNi_{1-x}Ta_2O_6 et Co_xNi_{1-x}Ta_2O_6 conduisent à des domaines de coexistence de phases magnétiques et à des points bicritiques dans les diagrammes de phases T(x). Une caractéristique particulièrement intéressante de ces composés est le caractère quasi-bidimensionnel de leur magnétisme, puisque les ions de métaux de transitions A apparaissent dans des réseaux plans séparés par deux plans d'ions non magnétiques B. Une forte anisotropie de champ cristallin est observée sur les sites magnétiques, résultant de la distorsion axiale des octaèdres d'oxygènes qui entourent ces ions A. Nous avons abordé deux aspects complémentaires: théorique et expérimental. Du point de vue théorique, une reformulation du modèle bidimensionnel jusqu'à present utilisée pour décrire la susceptibilité paramagnétique nous a permi d'obtenir des constants d'échange compatibles avec les types d'ordre magnétique planaire observés. Considérant que le caractère tridimensionnel des structures magnétiques révélées par diffraction neutronique indique l'importance du couplage entre plans, quoique faible, à basse température, nous proposons un modèle tridimensionnel coherent avec les ordonnements observés aussi dans le plan ab qu'au long de l'axe c. Du point de vue expérimental, nous faisons des substitutions sur le site non magnétique pour modifier de façon systematique l'espacement entre les plans magnétiques et, en consequence, le couplage entre eux. En particulier, nous avons synthétisé des composés du type ANb_xTa_{2-x}O_6 avec A = Fe, Ni et Co, restant dans le domaine de stabilité de la phase quadratique, puisque la présence de Nb favorise une phase orthorhombique. Une caractérisation structurale et magnétique de ces systèmes est faite par diffraction de rayons X et de neutrons, complétées par des mesures de susceptibilité magnétique, chaleur spécifique et aimantation en fonction du champ appliqué. Nous étudions également des séries avec Sb à la place de Nb où nous avons également effectué des remplacements sur le site magnétique. / This work aims to contribute to the study of magnetism in insulating oxides of the type AB_2O _6 (A = Fe, Co, Ni, Ta = B, Sb). These compounds crystallize in a trirutile structure and present a rich variety of magnetic phases. All the observed orderings can be classified as antiferromagnetic, but they differ from a simple Néel type order. Moreover, substitutions such as Fe_xCo_{1-x}Ta_2O_6, Fe_xNi_{1-x}Ta_2O_6 and Co_xNi_{1-x}Ta_2O_6 produce several regions of phase coexistence and bicritical points in the phase diagram T vs. x. A particularly interesting characteristic of these compounds is the quasi-two-dimensional nature of their magnetism, since the transition-metal ions A appear in layers separated by two planes of the non-magnetic ions B. They also show strong crystal-field anisotropy on the magnetic sites due to axial distortion of the oxygen octahedra surrounding the A ions. Our approach involves two complementary aspects: theoretical and experimental. From the theoretical point of view, a reformulation of the two-dimensional model used until now to describe the paramagnetic susceptibility allows us to obtain exchange parameters compatible with the observed planar magnetic orderings. Considering that the three-dimensional character the magnetic structures revealed by neutron diffraction indicates that the coupling between planes, although weak, plays an important role to low temperatures, we propose a three-dimensional model consistent with the observed orderings both in the ab plane and along the c axis. From the experimental point of view, we make substitutions on the non-magnetic sites, in order to systematically modify the spacing between planes and, consequently, the coupling between them. In particular, we have synthesized compounds of type ANb_xTa_{2-x}O_6 with A = Fe, Ni and Co, remaining in the stability region of tetragonal phase, since the presence of Nb favors an orthorhombic phase. The structural and magnetic characterization of the systems is done via the X-ray and neutron diffraction as well as measurements of magnetic susceptibility, specific heat, and magnetization as a function of the applied field. We also study series with Sb in place of Nb where we additionally include substitutions in the magnetic site.

Ce travail de thèse repose sur deux axes d'étude : (i) l'influence des éléments légers solides, B et C sur la stabilité des phases binaires U-Si, et (ii) la recherche de nouvelles phases et leurs caractérisations physiques dans le système ternaire U-Pt-Si. Des ajouts mineurs de carbone ou de bore au sein d'échantillons U-Si ont montré que la formation de la phase de composition U₅Si₄ était corrélée à la présence de ces éléments légers, conduisant à mettre en doute son existence au sein du système binaire U-Si. Afin d'étudier le potentiel du bore comme simulant des non-métaux de la seconde période (C, N, O), la section isotherme à 927 °C du diagramme de phases ternaire U-Si-B a été tracée, révélant des équilibres entre les axes U-B et U-Si majoritairement et l'existence d'une nouvelle phase U₂₀Si₁₆B₃ isotype du composé ternaire au carbone. Ces résultats tendent à montrer les spécificités physico-chimiques de chacun de ces éléments légers sur le diagramme de phase U-Si. L'étude du diagramme de phases ternaire U-Pt-Si a été effectuée pour la section isotherme à 900 °C. Elle a abouti à la découverte de 14 nouvelles phases, dont U₃Pt₆Si₄ et U₃Pt7Si, présentant des arrangements structuraux inédits. Au préalable de cette étude, un examen du système U-Pt a été entrepris pour la zone de composition 30-70 at.% Pt, conduisant à une nouvelle évaluation du diagramme de phases binaire, intégrant le nouveau composé U₃Pt₄. La température des transformations a été mesurée par ATD. Nos résultats couplés aux données de la littérature ont permis une modélisation par la méthode Calphad. Les caractérisations physiques du nouveau composé binaire U₃Pt₄, indique un comportement de fermion lourd ordonné ferromagnétiquement en dessous de Tc = 7(1)K. En parallèle de ces travaux, l'étude de la famille U₃TGe₅ de type structural anti-Hf₅CuSn₃ a permis la découverte de neuf nouveaux composés pour T = V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta et W en plus du composé U₃TiGe₅ déjà répertorié. Leurs propriétés magnétiques et électroniques ont été évaluées, révélant des composés aux corrélations électroniques modérés avec des comportements évoluant en fonction du nombre d'électrons de valence du métal de transition d. Pour les composés avec T = Ti et V des corrélations entre ondes de densités de spin et de charge sont suspectées en dessous de la température d'ordre magnétique. / Two main research axes were defined for this Ph-D work : (i) studying the effect of light elements (B, C) on the stability of U-Si compounds, and (ii) identifying and physically characterizing new phases in the U-Pt-Si system. Minor additions of carbon and boron in U-Si samples revealed that the formation of U₅Si₄ would be correlated to the presence of these light elements, questioning its existence in the U-Si system. To evaluate the boron potential as a stimulant for non-metallic light elements of the second period (C, N, O), the isothermal section of the ternary phase diagram U-Si-B has been drawn at 927 °C, disclosing solid equilibrium mainly between the U-B and U-Si binary axes and the existence of the novel compound U₂₀Si₁₆B₃, isostructural to the carbon equivalent one. These results suggest a specific behavior for a given light element on the U-Si phase relations. The isothermal section at 900 °C of the U-Pt-Si ternary system was experimentally determined, leading to the discovery of 14 new phases, among which U₃Pt₄Si₆, U₃Pt₆Si₄ and U₃Pt7Si crystallized in their own structural type. As a prerequisite for this study, the phase relations in the U-Pt binary phase diagram were re-examined for the composition range 30 at.% and 70 at.% Pt, leading to a new assessment of the phase diagram which comprises the new U₃Pt₄ compound . The temperature of the transformations has been measured by DTA. By coupling our experimental results to the literature data, a modeling of the phase diagram by the Calphad method was performed. Physical characterizations of the new U₃Pt₄ compound revealed a moderate heavy fermion behavior, with ferromagnetic ordering below Tc = 7(1) K. As a side project, a study of the U₃TGe₅ family with the anti-Hf₅CuSn₃ structural type lead to the discovery of nine new compounds for T = V, Cr, Mn, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W in addition to the previously reported U₃TiGe₅. Their magnetic and electronic properties were evaluated, disclosing moderate heavy-fermion compounds, with behavior evolving with valence electron count of the transition metal. For T = Ti, V compounds, correlation between spin and charge density waves are suspected below the magnetic ordering temperature.

Au cours de cette étude, nous avons montré que dans les oxydes de fer type perovskite, les ions sulfates (SO42-) pouvaient être utilisés à escient pour apporter de l'anisotropie cristalline et électronique ou bien au contraire pour casser les mises en ordre à longue distance et provoquer l'isotropie du matériau. Ainsi, ce travail a permis d'isoler les composés bidimensionnels : Sr4Fe2.5-x□xO7.25-(3x/2)(SO4)0.5 (avec x=0, 0.25 et 0.5). Ils peuvent être décrits comme une intercroissance SrO/SrFeO2,5/SrFe0,5-x□xO1,25-(3x/2)(SO4)0,5/SrFeO2,5 et cristallisent dans une maille moyenne quadratique I4/mmm (a=ap et c≈29 Å). Les tétraèdres de sulfates non-pontés se présentent de façon transversale par rapport à c ⃗ pour x=0,5 et longitudinale pour x=0 et 0,25 parce que pontés aux pyramides de fer de la couche partagée. Les atomes de fer des couches non-mixtes SrFeO2,5 se situent eux en coordinence pyramidale pour x=0 et pyramidale et octaédrique pour x=0.5 et x=0.25 afin de respecter la trivalence du fer. Quel que soit x, les composés sont antiferromagnétiques de type G (les spins se situant dans le plan (a,b)). Cependant, pour x=0,5, deux configurations magnétiques sont observées, tandis que les composés x=0 et x=0.25 n'en montrent qu'une seule. Dans le composé Sr4Fe2.5□xO7.25(SO4)0.25(CO3)0.25, l'influence des carbonates (CO32-) se ressent directement sur le paramètre d'empilement, qui est plus petit. Cela n'entraîne cependant aucun changement sensible dans les propriétés physiques. Les composés sont des semi-conducteurs présentant de fortes valeurs de résistivité électronique (de l'ordre de 106Ω.cm) et ne sont pas conducteurs ioniques.La phase ordonnée "15R" SrFe0.6Cr0.4O2.8 se désordonne lorsque l'on substitue 10% du fer par des sulfates (SrFe0.5Cr0.4O2.1(SO4)0.1) et adopte une structure pseudo-cubique. Ses propriétés physiques sont alors bouleversées puisque l'on passe d'un comportement ferromagnétique à antiferromagnétique (TN=800K). Ce composé très lacunaire en oxygène montre des défauts structuraux plus ou moins étendus et un comportement de type semi-conducteur. Aucun phénomène de conduction ionique n'est observé. / In this study, we have shown that in perovskite-type iron oxides, sulfate ions (SO42-) can be used to bring structural and electronic anisotropy, or on the contrary to break long distance ordering and cause the isotropy of the material.Thus, this work made it possible to isolate the two-dimensional compounds: Sr4Fe2.5-x□x07.25-(3x/2)(SO4)0.5 (with x = 0.25 and 0.5). They can be described as an intergrowth SrO/SrFeO2,5/SrFe0,5-x□xO1,25-(3x/2)(SO4)0.5/SrFeO2,5 and crystallize in a quadratic mean cell I4/mmm (a=ap et c≈29 Å). The unbridged sulfates tetrahedra are oriented transversely with respect to c ⃗ for x=0.5 and longitudinal for x=0 and 0.25 because bridged to the iron pyramids of the shared layer. The iron atoms of the non-mixed layers SrFeO2,5 are in pyramidal coordination for x=0 and pyramidal and octahedral coordination for x=0.5 and x=0.25, in order to respect the trivalence of iron. However, for x=0.5, two magnetic configurations are observed whereas the compounds x=0 and x=0.25 show only one. In the compound Sr4Fe2.5□xO7.25(SO4)0.25(CO3)0.25, the influence of the carbonates (CO32-) is directly felt on the stacking parameter, which is smaller. The compounds are semiconductors with high electronic resistivity values (of the order of 106Ω.cm) and are not ionic conductors.The ordered phase "15R" SrFe0.6Cr0.4O2.8 becomes disordered when 10% of the iron is substituted with sulfates (SrFe0.5Cr0.4O2.1(SO4)0.1) and adopts a pseudo-cubic structure. Its physical properties are then modified because we switch from a ferromagnetic to an antiferromagnetic behavior (TN=800K). This oxygen-deficient compound shows more or less large structural defects and a semiconductor behavior. No ionic conduction phenomenon is observed.