Etude thermodynamique et de R.M.N. des mélanges liquides d'hélium 3 polarisé dans l'hélium 4

Laser optical pumping in low magnetic field provides very high nuclear polarizations in gaseous helium mixtures. The transfer of polarized helium 3 atoms to a cold, liquid sample operates in steady states thanks to an efficient thermal technique which drives a circulation of helium 3. Wall relaxation in glass cells is efficiently reduced by using cesium coatings. In highly magnetized samples, dipolar fields control the spin dynamics in anisotropic volumes and weak external magnetic field inhomogeneities. Long-lived magnetostatic modes are observed by pulsed NMR. Detailed analysis of their frequency and damping gives information on magnetization density and spin diffusion coefficient in polarized mixtures. Experiments are performed above 0.2K on mixtures with helium 3 concentrations of the order of a few percent or larger. When phase separation occurs, the helium 3 rich phase retains a high polarization. Preliminary results concerning the observation of the phase separation as well as the measurement of the chemical potential of helium 4 are also reported in this thesis.Le pompage optique laser des mélanges gazeux d'hélium peut fournir, dans un champ magnétique faible, de fortes valeurs de polarisation nucléaire. Une technique thermique efficace qui permet la circulation des atomes d'hélium 3 dans la cellule expérimentale rend possible le transfert, en régime stationnaire, de la polarisation nucléaire du gaz à un échantillon liquide à basse température. La relaxation sur les parois de la cellule est efficacement réduite par l'utilisation de césium métallique. Dans de tels échantillons, fortement aimantés et anisotropes, c'est le champ dipolaire qui contrôle l'évolution de l'aimantation. Des modes amortis d'aimantation sont observés par une technique de RMN pulsée. L'analyse détaillée de leur fréquence et de leur taux d'amortissement donne des informations sur la densité d'aimantation et le coefficient de diffusion de spin dans des mélanges polarisés. Les expériences relatées ici sont réalisées à des températures supérieures à 0.2K dans des mélanges dont la concentration en hélium 3 est au moins de l'ordre de quelques pour cents. Quand survient la séparation de phase, la phase riche en hélium 3 renferme une forte densité d'aimantation. Des résultats préliminaires concernant l'observation de la séparation de phase et la mesure du potentiel chimique de l'hélium 4 sont également donnés dans cette thèse