3. Le principe de Résonance Magnétique Nucléaire

La RMN, ou résonance magnétique terrestre, permet d’obtenir des images précises d’une structure opaque grâce à des champs magnétiques. Cette technique scientifique se fonde sur l’absorption d’énergie électromagnétique à une fréquence particulière par un noyau atomique.

Tout atome, comme nous l’avons dit précédemment, est capable de créer à son échelle un champ magnétique, et d’agir comme un petit aimant. Un champ magnétique peut donc interagir avec lui, à l’instar de l’aiguille d’une boussole orientée par le champ magnétique terrestre. La Résonance Magnétique Nucléaire exploite la propriété de l’atome appelée spin, qui est à peu près assimilable  au moment angulaire de l’atome, c’est-à-dire la quantité de mouvements dans le cas de la rotation de l’atome sur lui-même. En effet c’est le spin d’un atome qui permet cette interaction dudit atome avec un champ magnétique. Si un atome a un spin nul, ce qui est le cas lorsqu’il est composé d’un nombre pair de protons et de neutrons, le principe de RMN ne pourra pas être appliqué. Il en va par exemple ainsi pour les atomes bien connus de carbone C (6 protons et 6 neutrons) et d’oxygène O (8 protons et 8 neutrons). La RMN est surtout utilisée avec l’atome d’hydrogène, atome léger dont le noyau est composé d’un seul proton et d’un électron, et qui par analogie est également appelé « spin », comme représentation la plus courante de la RMN.

Le principe de RMN appliqué à un spin est le suivant :

Grâce à l’action de l’électron autour de son unique proton, ce spin crée, à son échelle, un champ magnétique ; il peut se comporter comme un aimant. Les spins sont affectés d’un mouvement analogue à celui d’une toupie inclinée, qui tourne sur elle-même mais également autour d’un axe vertical. Ce mouvement s’appelle précession. Un aimant très puissant, qui produit un champ magnétique conséquent, agit sur ces molécules d’hydrogène, sensibles à ce champ, et entre en résonance avec elles. On applique aussi en plus de ce premier champ fixe un champ tournant.

Pour qu’il y ait résonance, les champs magnétiques doivent se synchroniser sur la fréquence de rotation des spins, appelée fréquence de Larmor.  Cette fréquence se traduit par une relation fondamentale de la RMN :

2πν = γH0, et par extension ν = γH0/2π. Ici v représente la vitesse du champ tournant (fréquence de Larmor égale à la vitesse de précession). H0 est le champ magnétique auquel est soumis le noyau, et γ est le rapport gyromagnétique du noyau (le rapport gyromagnétique étant le quotient du moment magnétique du noyau, noté et égal à q(charge de la particule) x v(vitesse de la particule) x r(rayon de la trajectoire de la particule), et du moment cinétique du noyau, noté  et égal lui à m(masse de la particule) x v x r).

En ce qui concerne l’hydrogène, le rapport gyromagnétique est γ= 2,68.108

  

Stimulés par cette onde de radiofréquence, les spins, qui suivaient auparavant leur propre inclinaison, s’inclinent en fonction du champ magnétique, synchronisant ainsi leur mouvement de précession. Certains atomes vont s’orienter dans un sens parallèle (sens du champ magnétique), et les autres dans un sens antiparallèle (sens inverse de celui du champ magnétique), avec cependant un peu plus d’atomes dans le sens parallèle, ce dernier étant le plus « facile » à adopter. Lorsqu’ils cessent d’être sollicités par le champ magnétique, leur mouvement de précession forcé persiste quelques instants, puis ils reprennent leur inclinaison naturelle et, ce faisant, restituent l’énergie du champ  tournant qu’ils avaient absorbée sous forme d’ondes. Cette phase s’appelle relaxation. En détectant ces ondes, on peut former une image.

 

 

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