Principe d'un Aimant Supra-Conducteur

La génération des champs magnétiques importants (> 2,5 Tesla) a pu se réaliser couramment avec la construction des aimants supra-conducteurs. Ces aimants sont constitués d'une bobine d'un fil conducteur très fin en alliage spécial plongée dans un dewar contenant de l'hélium liquide à -269 deg.C, lequel est entouré d'un second dewar contenant de l'azote liquide à -196 deg.C. A cette température la résistance du fil conducteur est nulle, l'ampérage circulant dans la bobine peut donc être important (de 30 à 90 ampères suivant le type d'aimant) avec une perte par effet joule nulle. D'où l'intérêt de cette technique au niveau du fonctionnement : plus de consommation électrique pour générer les champs magnétiques, la seule contrainte étant de garder la bobine dans l'hélium liquide pour assurer la supra-conductivité (recharge de 50 litres d'hélium tous les 4 mois et recharge de 40 litres d'azote liquide toutes les semaines). Si ces conditions ne sont pas remplies, la bobine remonte en température causant la perte de la supra-conductivité. Ceci entraîne la libération de l'énergie contenue dans la bobine et par conséquent une évaporation rapide, voire très rapide, de l'hélium avec risque de détérioration de l'aimant en cas de mauvais fonctionnement des soupapes de sécurité.

VOIR Schéma et Photo.

Pourquoi cette course aux champs élevés qui malheureusement s'accompagne d'une croissance quasi exponentielle du coût des spectromètres ?

• tout d'abord, la RMN, considérée au départ comme une spectrométrie peu sensible par rapport aux autres techniques utilisées en analyse (la spectrométrie de masse par exemple) voit sa sensibilité augmenter proportionnellement à l'intensité du champ magnétique des aimants (la détection d'une dizaine de microgrammes de produit est réalisable en proton avec un 300 MHz alors que le seuil du microgramme peut être atteint, dans les mêmes conditions, avec un 400 MHz et la centaine de nanogrammes en utilisant une sonde spéciale).
• d'autre part, plus le champ est élevé, plus la séparation des signaux de résonance des différents noyaux est importante. Il en résulte une interprétation plus facile des spectres, ce qui est primordial dans le cas des études réalisées sur les composés à fortes masses moléculaires (polymères et protéines par exemple) dont les spectres sont extrêmement complexes. La RMN devient dans ce cas une technique complémentaire des rayons X pour la détermination des structures de ces composés en solution, et ceci explique l'utilisation des spectromètres à haut champ (500 à 750 MHz) par les biologistes pour les études structurales des protéines.

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