Universite ibn zohr these lahoussine bouhouch doctorat d`etat
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Universite ibn zohr these lahoussine bouhouch doctorat d`etat
UNIVERSITE IBN ZOHR FACULTE DES SCIENCES D’AGADIR THESE présentée par Lahoussine BOUHOUCH en vue de l’obtention du DOCTORAT D’ETAT (Spécialité : ELECTRONIQUE) ELABORATION ET ETUDE DES PROPRIETES DES ALLIAGES FERROMAGNETIQUES ELECTROLYTIQUES NiFe ET LEUR IMPACT SUR LA COMPATIBILITE ELECTROMAGNETIQUE DES COMPOSANTS Soutenue le 28 juillet 2007 devant la commission d’examen composée de : Pr. Ali MOUDDEN, Professeur à l’Université Ibn Zohr - Agadir Pr. Mustapha AZIZAN, Professeur à l’Université Cadi Ayyad - Marrakech Pr. Lâamari HLOU, Professeur à l’Université Ibn Tofail - Kenitra Pr. Etienne SICARD, Professeur à l’INSA de Toulouse - France Pr. Mohamed FADEL, Professeur à l’Université Ibn Zohr - Agadir Pr. Mustapha BANOUNI, Professeur à l’Université Ibn Zohr - Agadir Pr. El Mostafa SKOURI, Professeur à l’Université Ibn Zohr - Agadir Pr. Ahmed TAOUFIK, Professeur à l’Université Ibn Zohr - Agadir Président Rapporteur Rapporteur Encadrant Encadrant local Examinateur Examinateur Examinateur Travail effectué dans le cadre d’une coopération entre le LATTIS de l’INSA de Toulouse et l’Université Ibn Zohr Remerciements Le présent travail a été effectué en premier lieu dans le Laboratoire d’Electronique, d’Automatique et de Traitement du Signal (LEATS) de la Faculté des Sciences d’Agadir, sous la direction du Professeur Mohamed Fadel. En second lieu, en collaboration avec le Laboratoire Toulousain de Technologie et d’Ingénierie des Systèmes (LATTS ex LESIA) de l'Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse (INSAT), sous la direction du Professeur Etienne Sicard. Mes remerciement vont à Monsieur Jean-Marie Dilhac, Directeur du Département de Génie Electrique et Informatique (DGEI) de l’INSAT, à Madame Danièle Fournier-Prunaret, Directrice du LATTIS, de m’avoir accueilli durant les missions de recherche dans les locaux du DGEI. En tant que Directeur de cette thèse, Etienne Sicard, Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse, se doit d’être remercié pour son support technique et scientifique constant – ses conseils, ses idées, son soutien – mais je veux aussi lui témoigner ma gratitude pour m’avoir offert un espace de travail exceptionnel, par son énergie, sa motivation, sa bonne humeur, son ouverture et sa confiance : merci vraiment Etienne ! Je le remercie également pour avoir accepté de faire un long voyage pour participer au Jury de cette thèse. Mes sincères remerciements et tous mes hommages vont aussi à mon co-Directeur de thèse, Mohamed Fadel, Professeur à la Faculté des Sciences d’Agadir, qui n’a cessé de me conseiller et de me soutenir durant un certain nombre d’années malgré plusieurs ruptures de ma part dues à ma fonction. Mes remerciements vont aussi à Monsieur le Directeur de l’ESTA Ali Moudden, pour son soutien, ses conseils et pour ces qualités humaines. Je tiens aussi à remercier ceux qui m’ont fait l’honneur de juger ce travail : Monsieur le Professeur Ali Moudden, Président du Jury, Messieurs les Professeurs Mustapha Azizan et Laamari Hlou qui ont assumé la tâche de rapporteur de cette thèse, ainsi que Messieurs les Professeurs Etienne Sicard, Directeur de thèse et Mohamed Fadel Co-Directeur de thèse, et également Messieurs les Professeurs Mustapha Banouni, El mostapha Skouri et Ahmed Taoufik, pour avoir voulu examiner ce travail et participer au Jury. Un grand merci à Jaâfar Ghambaja, collègue d’enfance et Professeur à la Faculté des Sciences de Nancy I : merci pour ton aide précieuse, pour avoir insisté à la réalisation d’un certain nombre de mesures au Laboratoire de Chimie Minérale Appliquée de l’Université de Nancy I – et merci pour ton amitié. Je veux aussi remercier les membres du LATTIS (ex LESIA) et en particulier ceux de la plateforme « CEM des composants », qui m’ont énormément aidé en me transmettant leur savoir faire, en mettant à ma disposition le nécessaire afin d’effectuer toute sorte de mesure, tout particulièrement dire merci à Stéphane Baffreau, Sonia Ben Dhia, Alexandre Boyer, Bertrand Vrignon, Cécile Labussière et Samuel Akue-Boulingui. Des remerciements tous spéciaux aux ingénieurs de Motorola d’avoir suggéré des solutions et interprétations ainsi que qu’à ceux d’Infenion pour avoir effectué quelques mesures. Enfin, je veux dire merci à ma famille – tous – mais surtout à ma femme, mes enfants et mes parents, sans qui … – bien sûr, mais comme on ne le leur dit jamais … Simplement : merci à tous. L.B. ii INTRODUCTION GENERALE Les propriétés des matériaux ferromagnétiques sont exploitées dans de nombreuses applications. Ces matériaux sont présents dans la plupart des systèmes électrotechniques, en particulier les moteurs ou les transformateurs électriques. Ils sont utilisés sous forme massive ou en feuille de tôles. Les matériaux ferromagnétiques peuvent aussi avoir une mémoire dans d’autres applications. Conditionnés en fines couches, ils sont aussi employés en tant que support d’enregistrement. Leurs caractéristiques magnétiques leur permettent d’être employés en tant que tête de lecture ou capteur. Avec des paramètres électromagnétiques spécifiques, certains matériaux ferromagnétiques peuvent jouer un rôle primordial en termes de blindage, afin de satisfaire certaines exigences de la compatibilité électromagnétique (CEM). Ils participent ainsi à l’amélioration des performances des circuits électroniques, en réduisant leurs émissions perturbatrices ou en augmentant leurs immunités aux bruits externes. Cette thèse s’est déroulée dans un contexte ayant deux aspects. Le premier étant une suite logique de mes travaux antérieurs portant sur l’étude de matériaux ferromagnétiques, dont le matériau ferromagnétique cible est l’alliage Ni-Fe. Cet alliage est élaboré dans nos locaux avec la réalisation des mesures nécessaires possibles. D’autres caractérisations sont effectuées au laboratoire de Chimie Minérale de Nancy I. Le second aspect de cette étude vise à exploiter cet alliage au service de la CEM des composants. Dans ce cas, une action de coopération est mise en place depuis plusieurs années avec le LESIA de l’INSA de Toulouse. Ce laboratoire possède une plateforme spécialisée en CEM des composants. Le but alors de mes travaux consiste en l’étude de l’alliage Ni-Fe en envisageant son application pour des fins de CEM. Le présent mémoire est scindé en deux grandes parties. La première est dédiée aux matériaux ferromagnétiques et en particulier aux alliages Ni100-xFex. La seconde partie est réservée à la CEM des composants. Bouhouch Lahoussine i La première partie s’articule de la manière suivante : Après une introduction, le premier chapitre expose le procédé et les techniques d’élaboration des alliages Ni100-xFex par voie électrolytique. Nous y détaillons les facteurs physico-chimiques influençant leur reproductibilité à savoir la composition du bain électrolytique, son acidité, sa température ainsi que son agitation mécanique. Les variations en teneur du fer dans l’alliage avec la composition du bain électrolytique sont étudiées dans le domaine allant de 10 % à 50 % atomique. Ces variations qui évoluent très légèrement avec l’épaisseur des couches d’alliage sont contrôlées par la densité de courant. Le second chapitre présente les propriétés magnétoélectriques des alliages électrolytiques Ni100-xFex. Il traite d’abord de l’évolution de leurs propriétés magnétiques avec la teneur en fer et avec la température. Ensuite, on expose l’évaluation de la magnétorésistance à anisotropie (AMR) de ces alliages et enfin les variations de leurs propriétés de transport électrique, aussi bien avec la teneur en nickel qu’avec le traitement thermique. Dans cette étude, nous proposons une formulation de l’évolution avec la température des différentes contributions à la résistivité électrique dans le cas de cet alliage. Le troisième chapitre expose les propriétés mécaniques des alliages ferromagnétiques électrolytiques Ni100-xFex. Dans ce chapitre, nous avons développé la structure cristalline de l’alliage en mettant le point sur l’existence d’une orientation préférentielle et des défauts d'empilement qui sont liés aux contraintes résiduelles. Ces dernières sont alors déterminées en les traitant comme des déformations élastiques. La deuxième partie est subdivisée en deux volets. Le premier volet est consacré à l’étude bibliographique de la CEM des composants, alors que le second expose les résultats de mesure et la simulation des émissions parasites dans des cas pratiques. Ces deux volets sont composés dans les chapitres suivants : Afin d’entamer cette nouvelle science, en l’occurrence la CEM des composants, nous évoquons dans le premier volet un premier chapitre exposant l’évolution des technologies et les problèmes liés à la CEM. S’enchaîne ensuite un second chapitre traitant des différentes techniques de mesures en CEM des composants. Enfin, le troisième chapitre expose les techniques de modélisations normalisées, en commençant par la description du modèle IBIS (Input/output Buffer Information Specification), ensuite le modèle d’émission ICEM (Integrated Circuit Electromagnetic Model) et enfin le modèle de rayonnement direct. Bouhouch Lahoussine ii Le deuxième volet correspondant aux résultats pratiques de cette étude est composé lui aussi de trois chapitres. Le premier chapitre présente les mesures de l’émission en mode conduit dans le cas d’un microcontrôleur 16-bits. En se basant sur les techniques de modélisation normalisées, nous avons proposé un modèle qui est validé par la simulation. Ensuite, un second chapitre traite des mesures de l’émission en mode rayonné, dans le cas d’un microcontrôleur 32-bits de dernière génération. De même, dans ce chapitre, nous avons tenté de valider un modèle global par des simulations. Le dernier chapitre est consacré à l’impact de matériaux ferromagnétiques sur les performances CEM des composants. Ce chapitre montre avec plusieurs séries de mesures en champ proche, aussi bien électrique que magnétique, le rôle que peut jouer un blindage en alliage ferromagnétique tel que le Permalloy (Ni80Fe20), dans la réduction des émissions parasites en mode rayonné des microcontrôleurs. Nous avons aussi mis en évidence, l’augmentation de leur immunité en associant à la surface de leur boîtier un film de Permalloy. Les perspectives liées à ce travail sont abordées en conclusion. Bouhouch Lahoussine iii