Laboratoire de Physique de la Matière Condensée

Groupe Irrégularités

Contact :
alain.louis-joseph-AT-polytechnique.edu

+33 (0)1 69 33 46 63

Probing Dynamic by multiscale NMR spectrometry

Le rôle et l’importance de l’asphaltène dans les propriétés hydrodynamiques des pétroles bruts extraits des gisements est crucial pour le raffinement de ce pétrole et intéresse au plus haut point les compagnies pétrolières (Total, Schlumberger). L’intérêt de notre recherche est donc de caractériser les paramètres dynamiques de diffusion des composées aliphatiques et aromatiques à proximité de la surface des nanoagrégats de molécules d’asphaltène et de la surface des pores pour du pétrole brut confiné. En effet, la présence d’asphaltènes dans les pétroles bruts pose de sérieux problèmes lors du raffinement. Sa caractérisation présente un intérêt majeur pour l’industrie du pétrole. Nous avons réalisé des mesures par RMN liquide Haut champ et relaxation NMRD à plusieurs dimensions (RMN 1H, 13C, HSQC, DOSY, T1, T2, T1-T2 et D-T2) pour différentes concentrations d’asphaltènes afin de mesurer la dynamique et les interactions des hydrocarbures et des agrégats d’asphaltène. L’analyse des résultats expérimentaux a permis de mettre en évidence deux espèces moléculaires caractérisées par des coefficients de diffusions attribuées aux chaines aliphatiques des molécules d’asphaltènes. Enfin, les mesures des vitesses de relaxations obtenues par relaxométrie NMRD ont confirmés les hypothèses d’une modélisation de la dynamique des chaines d’hydrocarbones autour des nano-agrégats d’asphaltènes.

Spectromètre RMN liquide mutualisé

Je suis responsable d’un spectromètre Résonance Magnétique Nucléaire liquide mutualisé au niveau des laboratoires de physique et chimie de l’École Polytechnique (LCM, LSO, PICM, PMC,).

Je gère, j’entretiens et dépanne l’instrument. J’assure un support aux sujets des groupes de chimie des différents laboratoires.

Je forme à la RMN les étudiants ou personnels de recherche.

J ’interviens aussi auprès des autres spectromètres RMN des laboratoires pour des actions de conseils et/ou de dépannages.

Instrumentations scientifiques RMN Spectromètre RMN Bas Champ

Nous avons conçu et réalisé plusieurs spectromètres RMN, compacts, larges bandes, hautes résolutions, capable de fonctionner avec des aimants permanents donc sans maintenance cryogénique.

Ils comprennent toute l’électronique radio fréquence (RF émission/réception/démodulation), la chaîne de pré-amplification bas bruit (LNA), des composants programmables (FPGA, DDS) pour générer les séquences d’impulsions et la synthèse des fréquences jusqu’à environ 300MHz.

Ils intègrent un microprocesseur ARM et un FPGA permettant d’interfacer le spectromètre avec un PC.

Ces spectromètres RMN sont dédiés à l’enseignement pédagogique de la RMN&IRM de par leurs natures modules blocs fonctionnels ouverts et par leurs applications : par exemples quantification, mesure de paramètres de relaxations (T1, T2) ou de coefficient de diffusions à bas champ.

Ces unités RMN sont mobiles, portable, autonomes et donc adaptables à de multiples expériences de physique.

Une unité est utilisée pour la recherche fondamentale dans le cadre d’expériences d’études de relaxation en présence de lumière et polarisation dynamique par pompage optique.

Développement d’électronique pour l’instrumentation RMN
Dans le cadre des travaux sur les liquides ioniques utilisant le relaxomètre, nous avons développé des sondes lithium ainsi que des préampli bas bruit.
Sonde Li réalisée au laboratoire : Sonde RMN pour noyau 7Li réalisée au laboratoire. Mesure du temps de relaxation T1 du Li effectuée avec cette sonde sur le relaxomètre avec un échantillon de 7Li (16M).

Unité Programmable d’Interface d’Instrumentations à usage Général
Nous avons développé une unité permettant d’interfacer (contrôle/acquisition/processing) tous types d’expériences de physique avec un PC. L’ensemble intègre des cartes acquisitions 24bits avec préamplificateurs, des DDS, FPGA et micro ARM. Le tout est entièrement programmable et reconfigurable via un logiciel réalisé au laboratoire. Cette interface est ouverte aux environnement logiciels de développements (Matlab, Labview…).

Encadrements : Etudiant en Master II : Sujet

Traitements fréquentiels et statistiques de données RMN stochastiques
La spectrométrie par résonance magnétique nucléaire1 est une technique largement utilisée de nos jours afin de déterminer la structure de molécules biologique ou organique. La technique RMN généralement utilisée est impulsionnelle avec transformation de Fourier (FTNMR). La RMN stochastique2 (STONMR) est une méthode d’excitation aléatoire pouvant offrir des avantages en terme de compromis résolution/sensibilité. Elle consiste à exciter le système de spin aléatoirement puis à traiter les données en combinant transformées de Fourier et moyennage temporelle. Afin d’approfondir les limites et possibilités de la STONMR, on veut modéliser et simuler un système de spins soumis à une excitation stochastique puis effectuer divers traitements (analyses fréquentielles et/ou statistiques) sur les données issues des simulations. L’objectif de ce travail est de mettre en place des voies originales de traitements numériques des données STONMR, permettant d’obtenir des spectres pertinents RMN 1D et 2D.
1) A. Abragam, The Principle of Nuclear Magnetism, Oxford university press, 1982
2) Ernst R. R. and Primas H., Helv. Phys. Acta., vol. 36, 583-600 (1963)

Encadrement : doctorant - Using a controlled NMR MASER to access Dynamic Nuclear Polarization mechanisms

Collaboration entre :
le Laboratoire des biomolécules - UMR7203, Département de chimie, Ecole Normale Supérieure, 24, rue Lhomond Paris
et
le Laboratoire de Physique de la Matière Condensée, Ecole Polytechnique, CNRS, IP Paris, 91128 Palaiseau, France
Co-Encadrement d’un doctorant

Using a controlled NMR MASER to access Dynamic Nuclear Polarization mechanisms

La spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN) est une technique puissante et polyvalente qui est utilisée dans le monde entier dans de nombreux domaines de la recherche, de la santé et de l’industrie. Elle peut fournir des informations quantitatives sur les structures et la dynamique des molécules. Combinée à la technique de polarisation nucléaire dynamique (DNP), la RMN permet d’augmenter considérablement la sensibilité des expériences de RMN classiques.
L’un des aspects intrigants de la RMN/DNP à des polarisations aussi élevées est l’apparition d’effets fortement non linéaires qui sont directement liés à l’aimantation extrêmement importante associée et à l’interaction entre la bobine et un phénomène appelé amortissement par rayonnement (RD).
Notre projet vise à étudier les aspects fondamentaux de la polarisation nucléaire dynamique (DNP) et de la résonance magnétique nucléaire (RMN) à des champs magnétiques élevés et à des températures de l’hélium liquide en utilisant des oscillations MASER contrôlées et soutenues.
Nos objectifs sont de réaliser et d’utiliser une instrumentation scientifique électronique afin de contrôler l’amortissement des radiations et de développer une méthodologie qui permettra d’accéder aux détails des mécanismes de la DNP.
Nous proposons aussi d’étudier en détail les phénomènes non conventionnels et de caractériser la dynamique erratique du spin causée par le RD (ou son altération en utilisant l’instrumentation électronique) et les effets du champ dipolaire à des températures cryogéniques.