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Étude et réalisation d’un dispositif de Résonance Magnétique Nucléaire à bas champ magnétique en environnement ouvert et bruyant
Ce travail porte sur l’étude et la réalisation d’un dispositif de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) sous faibles champs magnétiques dans un environnement non blindé. Il se situe dans le cadre de la physique instrumentale avec pour application l’étude des matériaux par spectroscopie, l’imagerie médicale et l’aide au diagnostic. La RMN est une technique puissante permettant de sonder le coeur de la matière et d’étudier
sa structure et ses propriétés moléculaires de façon non destructive et non invasive.
Durant ce travail, un dispositif de RMN à bas champ a été étudié et réalisé. Effectuer des mesures à bas champ magnétique permet d’utiliser des aimants plus simples, moins coûteux et de limiter les courants de Foucault dans les matériaux conducteurs. Cependant, à bas champ magnétique, les signaux sont très faibles
en raison de la forte dépendance du signal de RMN à l’intensité du champ magnétique lorsqu’une détection par induction magnétique est utilisée. Pour réduire cette dépendance, un SQUID fonctionnant à basse température critique a été utilisé afin d’obtenir une meilleur détection des signaux. Le SQUID a été combiné avec différents types de gradiomètres dont l’objet est de favoriser le signal provenant de l’échantillon par rapport
aux signaux produits par des sources parasites lointaines. Il a été démontré qu’une configuration planaire est plus avantageuse qu’une configuration axiale en utilisant une approche analytique basée sur le principe de réciprocité. La chaîne de mesure comprend également un interrupteur supraconducteur astucieux développé dans le cadre de cette thèse. Il sert à protéger le SQUID pendant la phase de magnétisation de l’échantillon
et permet d’éviter un temps mort pendant la phase d’acquisition de signal. La technique employée permet de piloter précisément toutes les phases de la mesure sans apporter significativement du bruit.
Le dispositif expérimental final a permis de mesurer des signaux de RMN émanant d’un échantillon d’eau dans un environnement totalement ouvert, sujet à différents types de bruits basse fréquence (50 Hz et ses harmoniques, transformateurs, voiture en mouvements, ascenseurs...). Pour cela, une électronique de mesure généraliste contrôlant les différentes séquences de RMN a été réalisée et des méthodes de traitement de signaux analogiques et numériques ont été utilisées. Les protons d’hydrogène sont pré-polarisés dans un champ moyen de l’ordre de 100 mT et leur relaxation est mesurée en champ faible d’environ 50 μT en présence du champ terrestre à des fréquences de quelques kilohertz.
Mots-clefs : Capteur magnétique, Carte de sensibilité, Gradiomètre, Bobine de mesure, Résonance Magnétique
Nucléaire, Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire, Faible champ magnétique, Courant de Foucault, SQUID.