Projet ANR-12-IS04-0006 – IMAGINE : Etudes RMN d’effets non-linéaires induits par l’aimantation
Programme : Blanc International II - SIMI 4 - Physique (Blanc Inter II - SIMI 4) 2012
Année de financement : 2012
Coordinateur du projet : Monsieur Hervé DESVAUX (Institut Rayonement-Matière de Saclay)
Partenaires : Institut Rayonnement et Matière de Saclay; ORC@JKU Institute of Organic Chemistry at J. Kepler University; Laboratoire Kastler Brossel; RS2D
Montant : 432663.0 euros
Date de début : 2013
Durée : 36 mois
Résumé : De gros efforts sont développés dans le monde pour améliorer la sensibilité de la Résonance Magnétique Nucléaire via deux approches complémentaires : (i) augmenter la polarisation nucléaire en utilisant des champs magnétiques toujours plus élevés ou – plus efficacement – des espèces hyperpolarisées, (ii) augmenter le couplage entre l’aimantation nucléaire et la bobine de détection, en particulier par l’utilisation de sondes froides. Mais ces développements sont accompagnés, pour les échantillons liquides, par l’apparition croissante de nouveaux phénomènes liés à l’évolution non linéaire de l’aimantation.  Ceux-ci résultent non seulement du phénomène d’amortissement cohérent provenant du couplage fort entre l’aimantation et la bobine de détection, mais aussi de la contribution importante  des interactions magnétiques à longue portée non moyennées à zéro par le mouvement Brownien (champs dipolaires distants, notés DDF). Ces effets sont en fait rencontrés dans nombre d’autres systèmes physiques, tels les condensats de Bose-Einstein et l’He-3 superfluide, et en intrication quantique.  
Ce projet vise, tout d’abord, à faire progresser la compréhension de ces nouveaux phénomènes et leur traduction sur les observables RMN : expliquer  la structure des spectres de bruit de spins acquis avec  des sondes froides, ou l’origine des émissions maser multiples, ou contrôler les instabilités de dynamique de spins induites par les champs dipolaires distants via l’application d’impulsions rf multiples, etc. De telles études requièrent l’augmentation à la fois de l’aimantation et de son couplage avec la bobine de détection. Les gaz rares hyperpolarisés ou le parahydrogène, spécialités de deux partenaires, pourront être utilisés. Des sondes refroidies et des micro-bobines faites maison abaisseront encore le seuil de détection par l’accroissement de leur couplage avec l’aimantation. 
Le deuxième objectif du projet consiste à développer de nouvelles approches visant soit à contourner les inconvénients résultant de ces effets non linéaires, soit à en tirer parti. Par exemple, puisque le couplage entre l’aimantation et la bobine augmente considérablement la sensibilité de la détection par bruit de spins, ce mode de détection devrait être plus sensible que la détection classique pour un nombre réduit de spins. De même, les champs dipolaires distants induits par les grandes aimantations doivent autoriser de nouvelles approches en IRM et en spectroscopie localisée, grâce aux cohérences intermoléculaires multiquanta entre les molécules cibles et le solvant ou l’espèce hyperpolarisée. 
Le consortium comprend quatre équipes. Trois appartiennent à des institutions académiques et sont leaders dans leurs domaines de recherche respectifs. Le partenaire 1 est central, car il a déjà travaillé avec les autres partenaires. Le groupe autrichien (part. 2) apporte sa grande expérience en théorie et pratique du bruit de spins et l’expertise de chimie requise pour les applications spectroscopiques en RMN haute résolution. Le partenaire 3 est spécialisé dans les techniques de pompage optique et dans la RMN bas champ avec contrôle des effets non-linéaires. Le quatrième partenaire est une PME offrant des solutions personnalisées en RMN et IRM ; elle profitera de transferts de technologies et de savoir-faire et apportera des solutions matérielles pour l’étude de la RMN non-linéaire. Les partenaires tireront avantage de leurs cultures, savoir-faire et appareillages complémentaires pour traiter différentes questions théoriques et proposer des applications expérimentales à risque et complexité variés. Au terme du projet, les progrès conceptuels sur la dynamique de spin non linéaire autoriseront la mise au point de solutions originales à des questions de RMN récurrentes.  Celles-ci permettront l’amélioration de la sensibilité et de la sélectivité en spectroscopie et la résolution en imagerie, et recevront ainsi une forte audience de la communauté scientifique.