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Thèse de Joël Moutoussamy le 9 décembre

Soutenance le mercredi 9 décembre à 14h00, salle Condorcet de l’ENS Cachan

9 novembre à 14h, dans la salle
Condorcet du bâtiment d’Alembert de l’ENS de Cachan

Résumé :

Les capteurs magnétiques sont largement utilisés dans beaucoup de secteurs
de l’ingénierie et de l’industrie comme l’enregistrement magnétique haute
densité, le contrôle non destructif, la détection, la navigation, les
mesures géomagnétiques, le bio médical, mais également dans l’étude des
environnements ionisés des planètes à travers des mesures du champ
magnétique réalisées à bord d’engins spatiaux. C’est dans ce contexte des
applications spatiales que se sont inscrits nos travaux sur les
transducteurs à effet de magnéto-impédance géante (GMI). Ce principe de
mesure suscite un vif intérêt en raison de sa grande sensibilité au champ
magnétique continue. Connue comme la variation de l’impédance de
micro-fils, de films ou de sandwichs ferromagnétiques, provoquée par un
champ magnétique, ils sont excités par un courant alternatif à haute
fréquence (>MHz). La modification de la profondeur de peau à travers la
variation de la perméabilité provoque une atténuation géante de
l’impédance. Héritant du même principe, les nouvelles solutions de GMI,
que nous étudions, utilisent soit un ruban ferromagnétique sur lequel est
enroulé un bobinage de N spires à la manière d’inductances planaires soit
deux rubans enserrant un bobinage à la manière de sandwichs bobinés. La
structure bobinée, utilisée dans ces nouvelles GMI, permet de décaler la
fréquence d’excitation vers les basses fréquences (5 kHz-1 MHz), tout en
simplifiant le procédé de fabrication et en améliorant l’excitation
magnétique qui peut être dirigée dans les deux directions du plan du ruban
ferromagnétique, permettant ainsi d’accéder à toutes les composantes du
tenseur des perméabilités. Sur le plan expérimental, une étude approfondie
de l’impédance et de la sensibilité intrinsèque, en lieu et place du MI
ratio concernant des GMI bobinées, réalisées avec différents matériaux
magnétiques est développée. Cette étude démontre le rôle majeur de la
perméabilité différentielle et par conséquent, l’influence prépondérante
de l’effet de la forme géométrique du ruban ferromagnétique tant sur la
sensibilité intrinsèque que sur le champ magnétique nécessaire à la
polarisation du capteur. Sur le plan théorique, nos travaux se sont
focalisés sur le calcul du tenseur des perméabilités à partir de
l’équation de Landau-Lifshitz-Gilbert couplé à un modèle de perméabilité
déduit de l’expérience, dans le cas des rubans nanocristallins à
anisotropie transverse. Ce tenseur de perméabilités est ensuite couplé à
un modèle électromagnétique décrivant l’effet de peau et le concept de GMI
bobinée est généralisé aux deux positions possibles du bobinage. Les
modèles théoriques d’impédances et de sensibilités intrinsèques sont
comparés aux résultats expérimentaux associés au ruban à anisotropie
transversale associé au bobinage transverse puis longitudinal. Enfin, sur
le plan de la conception et de la réalisation, le premier magnétomètre
GMI/Search Coil tri axe constitué d’un ruban mumetal et d’un bobinage
transversal a été conçu et réalisé dans le cadre d’une expérience fusée
(CHARM2) de l’agence spatiale américaine (NASA).

Mots clés : Magnétoimpédance géante, capteur magnétique, matériaux
ferromagnétiques, perméabilité différentielle, coefficient de champ
démagnétisant, application spatiale.


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