Brevet FR2828736A1 — publié le 20030221

DISPOSITIF POUR L'ETUDE D'UN MATERIAU PAR RMN DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les dispositifs pour l'étude de matériaux par la Résonance Magnétique Nucléaire définie par le sigle"RMN", notamment les dispositifs permettant d'évaluer la densité des protons présents dans un corps donné, qui trouvent des applications particulièrement avantageuses, notamment, dans le domaine de l'industrie alimentaire en vue de déterminer par exemple la quantité d'eau et/ou de graisse dans les aliments et dans le domaine de l'industrie pétrolière pour déterminer par exemple la quantité d'eau dans la roche entourant la paroi d'un puits, la distribution de la porosité de cette roche et/ou sa perméabilité. ART ANTERIEUR Il existe une technique connue utilisant la Résonance Magnétique Nucléaire connue sous la dénomination RMN, qui permet de déterminer la quantité de protons dans un matériau donné, c'est-à-dire le nombre de radicaux libres d'Hydrogène, et éventuellement d'identifier ce matériau. De nombreux dispositifs ont été réalisés pour mettre en oeuvre cette technique. Très schématiquement, ils comportent une source magnétique, par exemple un aimant permanent, pour induire un champ magnétique statique dans une zone donnée du matériau à investiguer, dont les lignes de forces ont une direction donnée pour polariser les protons présents dans cette zone. Une antenne émettrice constituée par exemple par une bobine plate alimentée par un générateur de courant électrique radiofréquence, est associée à la source magnétique de façon que les lignes de force du champ magnétique radiofréquence (RF) induit par cette bobine lorsqu'elle est alimentée par le courant électrique radiofréquence, fasse, dans la zone du matériau à investiguer, un angle non nul avec les lignes de force du champ magnétique statique de l'aimant permanent, et avantageusement égal à quatre vingt dix degrés. La fréquence du champ radiofréquence RF est telle qu'elle correspond à la fréquence de précession des protons dans le champ statique afin d'induire une interaction résonante entre les protons et le champ radiofréquence. Cette interaction permet de faire tourner la polarisation des protons à partir d'impulsions du champ radiofréquence d'un angle dépendant de l'amplitude du champ radiofréquence et de la durée des impulsions. Le dispositif comporte en outre une antenne réceptrice constituée par exemple par une bobine qui peut être constituée par la même bobine que la bobine émettrice, cette antenne dans sa fonction réceptrice captant le champ magnétique produit par les protons lorsque le courant radiofréquence est annulé et qu'ils reviennent à leur polarisation initiale sous l'action uniquement du champ statique. Des moyens pour alimenter l'antenne en courant électrique radio-fréquence et analyser les signaux captés par elle sont décrits et illustrés par exemple dans le document EP-A-0 295 134. L'amplitude du champ magnétique détecté par l'antenne dans sa fonction réceptrice est une fonction du nombre de protons qui ont été excités dans la zone d'investigation, et le temps que mettent les protons pour passer de leur seconde polarisation à la première, connu par les techniciens sous le terme de temps de relaxation , est une image de la nature des produits auxquels appartenaient ces protons. Cette technique, bien connue des hommes du métier est décrite dans de nombreux documents et elle ne sera donc pas plus amplement décrite ici. Il existe de nombreuses réalisations de dispositif pour l'étude par RMN permettant de mettre en oeuvre cette technique, qui répondent à la description cidessus, par exemple celle décrit dans le US-A-5 610 522. Les figures 1 et 2 représentent à titre d'exemple illustratif un mode de réalisation d'un tel dispositif connu de l'art antérieur. Il comporte essentiellement un aimant permanent 1 généralement sous la forme d'un cylindre de révolution dont la direction d'aimantation Nord-Sud 2 est située dans un plan perpendiculaire à son axe 3. Il comporte en outre une bobine plate 4 dont les spires 5 sensiblement planes entourent l'aimant 1 comme illustré sur les figures 1 et 2. En référence à la figure 2, un tel dispositif produit une induction statique Bo qui est quasiment homogène dans un cylindre tubulaire entourant l'aimant permanent 1. Quand la bobine plate 4 est alimentée en un courant radio-fréquence, elle produit une induction radio-fréquence B1 qui est perpendiculaire à l'induction statique Bo. Avec un tel dispositif, il est possible d'investiguer une zone de mesure qui est schématiquement définie en 6 sur la figure 2 et qui correspond sensiblement à une zone annulaire cylindrique entourant l'aimant permanent 1. Pour effectuer une analyse d'un matériau par le procédé RMN comme défini ci-avant, il est nécessaire que cette zone annulaire de mesure 6 ait au moins une partie commune avec le matériau à analyser. Dans cette configuration, l'aimant permanent 1 se trouve donc dans une zone de forte induction radio-fréquence, ce qui peut se traduire par des pertes par courants de Foucault du fait que les aimants permanents utilisés (NdFeB, SmCo,...) présentent une conductivité électrique non nulle. Ces courants parasites peuvent donc induire des champs parasites qui, en se superposant au champ produit pour la mesure, réduisent la sensibilité de cette mesure. BUT DE L'INVENTION La présente invention a donc pour but de réaliser un dispositif pour l'étude d'un matériau par RMN, du type à aimant permanent, qui soit plus performant que ceux de l'art antérieur et qui réduise fortement les effets parasites induits par les courants de Foucault produits dans l'aimant permanent OBJET DE L'INVENTION Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN, caractérisée par le fait qu'il comporte : un aimant permanent apte à produire un champ magnétique statique, et des moyens pour créer un champ magnétique RF respectivement dans deux demi-espaces ayant chacun une zone commune avec l'aimant permanent, les lignes de force du champ magnétique RF dans les deux zones communes étant de sens opposés. La présente invention a aussi pour objet un dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN, comportant : un aimant permanent présentant une aimantation uniforme de direction NordSud, et au moins une antenne, cette antenne comportant deux bornes de connexion aptes à être reliées d'une part à un générateur commandable de courant électrique radio-fréquence et d'autre part à un récepteur apte à analyser les signaux électriques délivrés par l'antenne à ces deux bornes de connexion, caractérisée par le fait que ladite antenne est constituée par au moins une boucle fermée située dans un plan sensiblement parallèle à la direction Nord-Sud, ladite boucle fermée entourant ledit aimant permanent, les deux bornes de connexion étant constituées par deux points de ladite boucle fermée situés sur une droite coupant la boucle en deux parties sensiblement égales. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante donnée en regard des dessins annexés à titre illustratif mais nullement limitatif, dans lesquels : Les figures let 2 représentent, sous forme schématique, un mode de réalisation d'un dispositif selon l'art antérieur qui est décrit sommairement ci-dessus, Les figures 3,4 et 5 représentent respectivement en perspective, en vue de dessus et en vue de face, un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention pour l'étude d'un matériau par RMN, la figure 4 comportant des éléments permettant d'expliciter le fonctionnement de ce dispositif, et La figure 6 représente un second mode de réalisation du dispositif selon l'invention en accord avec la réalisation illustrée sur les figures 3 à 5, mais comportant un perfectionnement par rapport au premier mode illustré. Il est précisé que les quatre figures 3 à 6 représentent deux modes de réalisation du dispositif selon l'invention permettant d'évaluer la densité des protons présents dans un corps donné, avec la possibilité d'identifier le matériau entrant dans la constitution de ce corps auquel appartenaient les protons. Cependant, les mêmes références y désignent les mêmes éléments, quelle que soit la figure sur laquelle elles apparaissent et quelle que soit la forme de représentation de ces éléments. De même, si des éléments ne sont pas spécifiquement référencés sur l'une des figures, leurs références peuvent être aisément retrouvées en se reportant à une autre figure. Il est aussi précisé que, lorsque, selon la définition de l'invention, l'objet de l'invention comporte "au moins un" élément ayant une fonction donnée, le mode de réalisation décrit peut comporter plusieurs de ces éléments. De même, si le mode de réalisation de l'objet selon l'invention tel qu'illustré comporte plusieurs éléments de fonction identique et si, dans la description, il n'est pas spécifié que l'objet selon cette invention doit obligatoirement comporter un nombre particulier de ces éléments, l'objet de l'invention pourra être défini comme comportant"au moins un"de ces éléments. DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION PREFERES DE L'OBJET SELON L'INVENTION La présente invention a pour objet un dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN dont deux modes de réalisation sont représentés schématiquement sur les figures 3 à 6. Selon l'invention, le dispositif comporte essentiellement un aimant permanent 21 apte à produire un champ magnétique statique Bo et des moyens pour créer un champ magnétique B1 radiofréquence ci-après désigné "champ magnétique RF" respectivement dans deux demi-espaces ayant chacun une zone commune 61,62 avec l'aimant permanent, les lignes de force 64,65 du champ magnétique RF Bi dans les deux zones communes 61,62 étant de sens opposés, figure 5 De façon avantageuse, le dispositif selon l'invention comporte un aimant permanent 21 apte à produire un champ magnétique statique Bo et ayant une forme sensiblement cylindrique présentant un plan de symétrie 60, et des moyens pour créer un champ magnétique RF B1 respectivement dans les deux demi-espaces limités sensiblement par le plan de symétrie 60 et ayant chacun une zone commune 61, 62 avec l'aimant permanent, les lignes de force 64,65 du champ magnétique RF B1 dans les deux zones communes 61,62 étant de sens opposés. De façon préférentielle, le dispositif selon l'invention comporte un aimant permanent 21 apte à produire un champ magnétique statique Bo, cet aimant permanent ayant une forme sensiblement cylindrique présentant un plan de symétrie 60 et une aimantation uniforme de direction Nord-Sud 22 sensiblement perpendiculaire à son axe 23, et des moyens pour créer un champ magnétique RF B1 respectivement dans deux demi-espaces limités sensiblement par le plan de symétrie 60 ayant chacun une zone commune 61,62 avec l'aimant permanent, les lignes de force 64,65 du champ magnétique RF B1 dans les deux zones communes 61,62 étant de sens opposés et sensiblement perpendiculaires à la direction NordSud 22. Par référence aux figures 3 à 5, le dispositif selon l'invention comporte un aimant permanent 21 présentant une aimantation uniforme de direction Nord-Sud 22 pour produire, de façon connue en elle-même, une induction statique Bo, et au moins une antenne 24 pour produire un champ magnétique RF B1. Cette antenne comporte deux bornes de connexion 25,26 aptes à être reliées, de façon connue en elle-même de l'art antérieur, à des moyens d'alimentation, par exemple un générateur commandable de courant électrique radio-fréquence RF, et éventuellement à des moyens de réception, par exemple un récepteur apte à analyser les signaux électriques délivrés par l'antenne à ces deux bornes de connexion. Ces moyens d'alimentation et de réception sont connus de l'art antérieur. Ils ne seront donc pas décrits ici et ils n'ont pas été illustrés dans l'unique SOUCI de simplifier la présente description. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, l'antenne définie cidessus est constituée par au moins une boucle fermée 27 située dans un plan sensiblement parallèle à la direction Nord-Sud 22 et entourant l'aimant permanent 21, les deux bornes de connexion 25,26 étant constituées par deux points 28,29 de la boucle fermée 27 situés sur une droite 30 coupant sensiblement la boucle en deux parties sensiblement égales. Dans une réalisation préférentielle, l'aimant permanent 21 est de forme substantiellement cylindrique avantageusement de révolution. Dans ce cas, avantageusement, la direction Nord-Sud 22 est perpendiculaire à l'axe du cylindre et la boucle fermée 27 est sensiblement située dans un pan perpendiculaire à cet axe. Il est avantageux que, pour obtenir une bonne homogénéité du champ magnétique RF Bi généré par l'antenne 24, la droite 30 sur laquelle sont situés les deux points 28,29 de la boucle fermée 27 coupe l'axe de révolution 23 de l'aimant permanent 21. Sur les figures, cette droite 30 est parallèle à la direction Nord-Sud 22 mais cette représentation n'est qu'un cas particulier. En outre, comme il est dans la pratique très difficile d'obtenir des courants d'une valeur donnée et avantageusement égaux, il est préférable, comme illustré sur la figure 6, qu'au moins l'une 31 des deux branches 31,32 de la boucle fermée 27 définies entre les deux bornes de connexion 25,26 comporte une impédance électrique variable 33, par exemple une résistance de valeur ajustable comme un potentiomètre ou analogue. Comme illustré sur les figures 3 à 6, il est souvent avantageux pour de nombreuses applications notamment dans le domaine pétrolier, que l'antenne 24 soit constituée d'une pluralité de boucles fermées 27 sensiblement situées dans des plans parallèles à la direction Nord-Sud 22 et sensiblement parallèles entre eux, les boucles fermées entourant l'aimant permanent 21 de façon à former une seule bobine composite de relativement grande longueur pour produire un champ magnétique RF total 81 dans un volume relativement important et long. Dans ce cas, les deux bornes de connexion 25,26 de la bobine 24 sont constituées par les premier et second points 28,29 de chaque boucle fermée situés sur la droite 30 telle que définie ci-avant, et par des moyens 40 pour relier électriquement entre eux, d'une part l'ensemble des premiers points 28 situés d'un côté de la boucle, et d'autre part l'ensemble des seconds points 29 situés de l'autre côté de la boucle Ces moyens 40 sont par exemple constitués par des brins électriquement conducteurs. Avantageusement, lorsque l'aimant permanent 21 est de forme cylindrique de révolution, l'ensemble des premiers points 28 situés d'un côté de la boucle et l'ensemble des seconds points 29 situés de l'autre côté de la boucle sont situés dans un plan passant par l'axe de révolution. Il est aussi très avantageux, comme pour les modes de réalisation décrits ciavant et pour les même raisons, qu'au moins l'une 31 des deux branches 31,32 d'au moins une boucle fermée 27 de la pluralité de boucles fermées définies entre les deux bornes de connexion 25,26, comporte une impédance électrique variable 33. Il est bien évident qu'il sera avantageux qu'au moins l'une des branches de toutes les boucles fermées 27 comporte une telle impédance électrique variable 33. D'une façon générale, les dispositifs décrits ci-dessus et illustrés sur les figures 3 à 6 fonctionnent et s'utilisent de la même façon que ceux de l'art antérieur aussi bien en émission qu'en réception. En conséquence, dans l'unique souci de simplifier la présente description, ni leur fonctionnement et ni leur mode d'utilisation ne seront décrits ici. Il sera cependant souligné que les dispositifs selon l'invention présentent un avantage important par rapport à ceux de l'art antérieur. En effet, comme représenté sur la figure 5, à l'intérieur de l'aimant permanent 21, sont induits, dans les deux zones communes 61,62 définies ci-avant, deux champs magnétiques RF dont les lignes de force sont de sens opposés Dans ces conditions, les courants de Foucault créés par ces champs magnétiques RF sont théoriquement totalement négligeables, et le sont en pratique presque totalement. Il ne se crée donc pas de charge parasite importante et les appareils de mesure utilisant le procédé de la RMN et comportant un dispositif selon l'invention ont donc une sensibilité plus grande que ceux de l'art antérieur. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN, caractérisé par le fait qu'il comporte : un aimant permanent (21) apte à produire un champ magnétique statique (Bo), et des moyens pour créer un champ magnétique RF (B1) respectivement dans deux demi-espaces ayant chacun une zone commune (61,62) avec l'aimant permanent, les lignes de force (64,65) du champ magnétique RF dans les deux zones communes (61,62) étant de sens opposés. 2. Dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN, caractérisé par le fait qu'il comporte : un aimant permanent (21) apte à produire un champ magnétique statique (Bo) et ayant une forme sensiblement cylindrique présentant un plan de symétne (60), et des moyens pour créer un champ magnétique RF (Bi) respectivement dans les deux demi-espaces limités sensiblement par ledit plan de symétrie (60) et ayant chacun une zone commune (61,62) avec l'aimant permanent, les lignes de force (64,65) du champ magnétique RF dans les deux zones communes (61,62) étant de sens opposés. 3. Dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN 1 caractérisé par le fait qu'il comporte : un aimant permanent (21) apte à produire un champ magnétique statique (Bo) et ayant une forme sensiblement cylindrique présentant un plan de symétrie (60) et une aimantation uniforme de direction Nord-Sud (22) sensiblement perpendiculaire à l'axe du cylindre (23), et des moyens pour créer un champ magnétique RF (Bi) respectivement dans deux demi-espaces limités sensiblement par ledit plan de symétrie (60) et ayant chacun une zone commune (61,62) avec l'aimant permanent, les lignes de force (64,65) du champ magnétique induit dans les deux zones communes (61,62) étant de sens opposés et sensiblement perpendiculaires à la direction Nord-Sud (22). 4. Dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN, comportant : un aimant permanent (21) présentant une aimantation uniforme de direction Nord-Sud (22), et au moins une antenne (24), cette antenne comportant deux bornes de connexion (25,26) aptes à être reliées d'une part à un générateur commandable de courant électrique radio-fréquence et d'autre part à un récepteur apte à analyser les signaux électriques délivrés par l'antenne à ces bornes de connexion, caractérisé par le fait que ladite antenne est constituée par au moins une boucle fermée (27) située dans un plan sensiblement parallèle à la direction Nord-Sud, ladite boucle fermée entourant ledit aimant permanent (21), les deux bornes de connexion (25,26) étant constituées par deux points (28,29) de ladite boucle fermée (27) situés sur une droite (30) coupant la boucle en deux parties sensiblement égales. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit aimant permanent (21) est de forme substantiellement cylindrique de révolution 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la droite (30) sur laquelle sont situés les deux points (28,29) de ladite boucle fermée (27) coupe l'axe de révolution (23) de l'aimant permanent (21) 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait qu'au moins l'une (31) des deux branches (31,32) de la boucle fermée (27) définies entre les deux bornes de connexion (25,26) comporte une impédance électrique variable (33). 8. Dispositif pour l'étude d'un matériau par le procédé de la RMN, comportant : un aimant permanent (21) présentant une aimantation uniforme de direction Nord-Sud (22), et au moins une bobine magnétique (24), cette bobine comportant deux bornes de connexion (25,26) aptes à être reliées d'une part à un générateur commandable de courant électrique radio-fréquence et d'autre part à un récepteur apte à analyser les signaux électriques délivrés par la bobine à ces bornes de connexion, caractérisé par le fait que ladite bobine magnétique (24) est constituée d'une pluralité de boucles fermées (27) sensiblement situées dans des plans parallèles à la direction Nord-Sud et sensiblement parallèles entre eux, lesdites boucles fermées entourant ledit aimant permanent (21), les deux bornes de connexion (25,26) de la bobine (24) étant constituées par les premier et second points (28,29) de chaque boucle fermée (27) situés sur une droite (30) qui coupe la boucle en deux parties sensiblement égales, et par des moyens (40) pour relier électriquement d'une part l'ensemble des premiers points (28) situés d'un côté des boucles et d'autre part l'ensemble des seconds points (29) situés de l'autre côté 9 Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit aimant permanent (21) est de forme cylindrique de révolution, et que l'ensemble des premiers points (28) situés d'un côté des boucles et l'ensemble des seconds points (29) situés de l'autre côté sont situés dans un plan passant par l'axe de révolution (23) de l'aimant permanent. 10. Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait qu'au moins l'une (31) des deux branches (31,32) d'au moins une boucle fermée (27) de ladite pluralité de boucles fermées définies entre les deux bornes de connexion (25, 26) comporte une impédance électrique variable (33).