RÉSONANCE MAGNÉTIQUE

La résonance magnétique est une technique de spectroscopie appliquée aux particules ou ensembles de particules atomiques ayant la propriété d'être de petits aimants comme les électrons et un certain nombre de noyaux atomiques (environ une centaine). On dit que ces particules possèdent un moment magnétique. Le principe de la résonance magnétique est le suivant : lorsqu'un moment magnétique situé dans un champ magnétique fixe est soumis à une excitation magnétique périodique, son comportement n'est influencé par l'excitation que si celle-ci a une fréquence bien déterminée. Cette modification de comportement se manifeste par des effets électromagnétiques que l'on peut mesurer et dont la courbe de variation avec la fréquence d'excitation est appelée raie de résonance.

Le comportement résonant des systèmes électroniques et nucléaires avait été découvert peu après le début du siècle par l'apparition de structures finies des raies spectroscopiques optiques en présence du champ magnétique, et interprété notamment par A. Sommerfeld, A. Landé et W. Pauli. L'existence du magnétisme électronique a également été étudié au moyen de la très belle méthode de O. Stern et W. Gerlach : la séparation, en plusieurs trajectoires, d'un jet d'atomes traversant une zone de champ magnétique inhomogène. Un important progrès a été réalisé en 1938 par I. I. Rabi, qui a utilisé l'excitation de la résonance magnétique pour perturber les trajectoires des jets atomiques ou moléculaires. Ces méthodes réalisent une détection indirecte de la résonance magnétique et sont d'une précision limitée.

La détection directe de la résonance magnétique, beaucoup plus précise que les précédentes, mais beaucoup moins sensible, n'a été rendue possible que par les progrès réalisés en électronique au cours de la Seconde Guerre mondiale, notamment à l'occasion des études sur le radar. Dans les champs magnétiques habituels de quelques teslas (1 tesla égale 10 000 gauss), les fréquences de résonance électronique vont de 10 GHz à 100 ou 200 GHz, correspondant à des longueurs d'onde d'environ 3 cm à 2 mm. Les fréquences de résonance nucléaire sont un millier de fois plus faibles, de 1 à 500 MHz.

La résonance électronique a été découverte en 1945 par le physicien soviétique E. Zavoisky. La résonance nucléaire l'a été également en 1945, indépendamment par F. Bloch, N. W. Hansen et M. Packard à l'université Stanford et par E. M. Purcell, R. V. Pound et H. C. Torrey à l'université Harvard, aux États-Unis, et couronnée par l'attribution en 1952 du prix Nobel de physique à F. Bloch et E. M. Purcell.

La faible sensibilité relative de la résonance magnétique impose en pratique son observation dans la matière condensée, c'est-à-dire essentiellement les liquides et les solides. Dans un milieu condensé, les moments magnétiques subissent des interactions avec leur environnement qui perturbent leur mouvement et ont, entre autres, pour effet d'élargir la raie de résonance, de la déplacer ou de la séparer en plusieurs raies distinctes. Ces perturbations dépendent de la nature, de la position et du mouvement relatifs des diverses espèces atomiques ainsi que de la structure des couches électroniques. Loin d'être une gêne, elles donnent tout son intérêt à la résonance magnétique. Ce sont elles que l'on étudie, car elles portent témoignage du comportement à l'échelle atomique de la matière condensée. Elles fournissent des renseignements souvent détaillés sur les positions et les mouvements des atomes ainsi que sur les structures électroniques et chimiques. De très nombreux travaux dans le monde entier ont consacré l'importance de la résonance magnétique comme instrument de premier ordre pour l'étude fine et détaillée de la matière condensée dans les[...]