Projet ANR-06-JCJC-0061 – NMR2GO : Development of a high-resolution portable NMR and MRI sensor for the study of surfaces
Programme : Programme "Jeunes chercheuses et jeunes chercheurs" (JCJC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES - CENTRE D'ETUDES NUCLEAIRES SACLAY)
Partenaires : Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Montant : 150000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) permet l'identification et l'étude de systèmes chimiques complexes grâce à des informations locales, souvent inaccessibles aux autres méthodes spectroscopiques. De la structure moléculaire tridimensionnelle, aux mécanismes réactionnels, la RMN est devenue un outil d'analyse indispensable en Chimie moderne. En pratique, l'objet ou le sujet d'étude est placé à l'intérieur d'un aimant supraconducteur intense et très homogène, privilégiant ainsi les études menées au laboratoire. Cependant dans de nombreuses situations, comme l'analyse au sein des forages pétroliers, l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) localisée, ou encore la traçabilité alimentaire, l'obtention de ces mêmes informations sans les contraintes liées à cet aimant serait un atout majeur en termes d'accessibilité ou encore de coût. Le but de notre projet consiste à développer la méthodologie et l'instrumentation rendant possible une RMN haute résolution et une IRM portables. Pour y parvenir nous nous proposons de construire un senseur RMN portable constitué d'un aimant permanent ouvert couplé à un spectromètre fonctionnant à bas champ magnétique.  Pour atteindre un tel objectif, deux problèmes majeurs liés à l'utilisation d'aimants permanents doivent être résolus: l'inhomogénéité du champ magnétique et sa faible intensité. Pour le premier point, l'idée clef du projet consiste à créer une corrélation entre le champ de l'aimant et le champ radiofréquence généré par les antennes, ce qui permet de reconstruire un spectre RMN haute résolution. La validité de cette approche a été récemment démontrée en champ fort en collaboration avec le porteur du projet. Son application dans le cas des champs faibles issus d'aimants ouverts a récemment été démontrée produisant des spectres à moyenne résolution (10ppm). La première étape de ce projet sera donc de démontrer que l'on peut construire un système magnétique spatialement corrélé, capable de produire des spectres RMN résolus en fréquence. Après avoir illustré cette capacité sur le cas simple du xénon adsorbé sur une surface, nous chercherons à obtenir un spectre résolu en fréquence de noyaux d'hydrogène (0.5ppm), ce qui garantira la plus grande applicabilité de cette approche. Nous proposons le développement des nouvelles séquences d'impulsions radiofréquences sélectives ainsi qu'une instrumentation novatrice en termes d'excitation et détection de signal. À plus long terme, nous envisageons de contourner la difficulté actuelle d'effectuer une imagerie (tensorielle) à très bas champ magnétique, et de rendre possible une IRM localisée peu coûteuse en nous appuyant sur le développement du senseur RMN portable et sur de nouvelles méthodes pour l'acquisition d'images 3D. Nous pouvons ainsi espérer à la fin du projet pouvoir détecter le signal de magnétisme nucléaire à haute-résolution avec une grande sensibilité, enregistrer des images et analyser des matériaux meso-poreux en utilisant notre sonde mobile. Notre sonde va contribuer au contrôle et à l'identification chimique industrielle là où ça se passe, c'est-à-dire à l'intérieur de réacteurs chimiques.  NMR2GO est un projet fortement interdisciplinaire, centré sur les Sciences Chimiques et notamment la spectroscopie par Résonance Magnétique Nucléaire. Il engendre des interactions entre la Chimie Physique, la science des matériaux et des surfaces, l'instrumentation, la bio-ingéniérie et la physique. Les membres de notre équipe ont les connaissances appropriées et complémentaires pour accomplir ce projet. Il bénéficiera de l'expertise variée de tous les membres de notre équipe, pour contourner la faible sensibilité propre à la détection à bas champ magnétique. L'utilisation de xénon polarisé par laser nous affranchit de la faible polarisation thermique des noyaux, et permet de sonder des surfaces de matériaux afin de déterminer la porosité et la perméabilité. L'utilisation de capteurs supraconducteurs, mixtes à base de magnétorésistance géan