21.11.08 : Visite des laboratoires du CNRS
Compte-rendus faits par les élèves :
9H : premier parcours à l'institut Néel : Microscopie magnétique et fabrication d’appareillages
. . . . . Atelier 1 : Microscopie ultime
La microscopie ultime est une expérience faite à basse température : environ 200 mKelvin.
Sachant que le zéro absolu (0 K) correspond - 273,15 °C, cette microscopie ultime est réalisée à environ - 273 °C.
Pour atteindre cette température très basse, on a recours, dans un premier temps, à l'azote liquide dont la température est de 77 K (soit environ -196 °C).
Lors de cette expérience on approche une sonde magnétique (appelée SQUID) de 1 µm2, à environ µm de la surface d'un échantillon supraconducteur à analyser, pour pouvoir faire une photo de l’échantillon.
Malgré le petit volume de la sonde et de l’échantillon à analyser, l'expérience occupe un volume de l'ordre du m3 à cause des différentes enceintes permettant d'approcher le zéro absolu, par palliers successifs, dans un laboratoire à température ambiante.
Pour améliorer l'image obtenue, il faut d'une part, réaliser cette microscopie sous vide, et d'autre part, monter l'expérience sur une table anti-vibration.
Une fois la sonde très proche de l’échantillon, elle balaye la surface, ce qui permet de faire une image de l’échantillon et de visualiser les zones qui portent un flux magnétique quantifié (vortex). On peut ainsi étudier les propriétés et le comportement de ces vortex.
Les propriétés des vortex sont mesurées et calculées grâce à plusieurs systèmes informatiques coûtant environ 10 000 euros chacun.
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Anaïs et Jason
. . . . . Atelier 2 : Le SERAS
Le SERAS est le Service d'étude et de réalisation des appareillages scientifiques du CNRS.
Le SERAS a pour but d'aider les chercheurs au niveau mécanique et électrique en réalisant les appareils dont ils ont besoin.
Les clients de la SERAS sont les scientifiques, ils établissent avec eux un cahier des charges fonctionnels répondant aux besoins du (ou des) utilisateur(s) (comme par exemple : supporter le magnétisme ou encore supporter de faibles températures)
Les pièces demandées sont tout d'abord créées virtuellement grâce à un logiciel de modélisation 3D (CATIA V5). Après validation des chercheurs, la pièce est réalisée dans l'atelier conçu pour l'usinage des pièces.
Pour éviter les échauffements lors de l'usinage et donc les incendies, les pièces sont refroidies grâce à un mélange d'eau et d'huile.
Après avoir créé la pièce, celle-ci est vérifiée pour savoir si celle-ci présente des défauts car chaque petit défaut peut entraîner par exemple un réchauffement du milieu voulant être examiné ou hausse de la pression ...
Les appareils de mesure vont de 0.1 mm près pour le moins précis à 0.002 mm pour le plus précis (appareil doté de capteur et étant liés à un ordinateur qui traite les informations).
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Maxime B. et Thibault
. . . . . Atelier 3 : Réacteur d’étude de la catalyse de surface
. . . . . . . . Un des exemples de réalisation du SERAS, un réacteur permettant d’analyser, sous faisceau synchrotron (Rayons X), les réactions produites en surface d’un catalyseur modèle afin de comprendre les mécanismes, à l’échelle structurale, de réaction d’une surface avec des gaz réactifs.
Le catalyseur sert à augmenter la vitesse de réaction entre les gaz réactifs (oxygène et monoxyde de carbone) et la surface, ce qui permet aux chercheurs d’observer la réaction.
Pour ne pas perturber l’analyse de la réaction, les chercheurs ont besoin qu’elle se produise dans des conditions idéales : ils sont obligés de faire le vide à l’aide de deux enceintes hermétiques et d’ensuite chauffer pour décoller les molécules d’air encore présentes.
Pour manipuler, ils utilisent un support-échantillon (une tige avec une sorte de cloche qui vient prendre l’échantillon pour le transférer d’une chambre à l’autre) et pour entrer les échantillons du monde extérieur à l’intérieur de la première chambre, ils passent par un sas, car pour faire le vide dans une des chambres il faut une semaine, ce qui serait beaucoup trop long.
Pour nettoyer l’échantillon, ils le bombardent d’ions d’argon, qui éliminent une à une les molécules à enlever et ils chauffent ensuite pour remettre les atomes à leur place.
Ils vérifient aussi avec un appareil s’ils sont bien rangés.
Ils déposent de l’or (des plots d’or) pour étudier la réactivité (l’or pur est réactif).
L’échantillon est ensuite transféré dans la chambre de réaction pour voir ce qu’il se passe à la surface.
Un faisceau de rayon X, vient frapper l’échantillon, ce qui provoque un phénomène de diffraction. Un détecteur trouve les positions des taches de diffractions que les chercheurs analysent.
On peut aussi chauffer pendant la réaction, à l’aide de laser infrarouge, car il fallait le moins de matière possible à l’intérieur.
Le papier d’aluminium qui entoure l’appareil sert à diffuser la chaleur.
L’appareil étant en inox, la chaleur se diffuse mal, ils ont donc entouré la machine de papier d’alu pour diffuser la chaleur.
Les catalyseurs sont aussi utilisés dans l’industrie notamment pour la fabrication de médicament ou dans l’industrie automobile.
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Audrey et Romain F.
10H30 : deuxième parcours à l'institut Néel : Microsystème, Hélium superfluide….
. . . . . Atelier 4 : Matériaux magnétiques, microsystèmes
Dans l’expérience du magnétisme à l’échelle microscopique nous avons vu 2 sortes d’actions magnétiques : le diamagnétisme et le ferromagnétisme.
Le diamagnétisme :
Il repose sur le fait que quand nous introduisons un élément dans un champ magnétique il se crée naturellement un moment magnétique proportionnellement inverse au champ.
Mais dans un cas classique ce moment magnétique est négligeable devant l’attraction exercé par la Terre.
Dans le cas des supraconducteurs toute variation de champ magnétique entraîne en leur sein des courants induits qui ne sont pas amortis du fait de l'absence de résistance. Ces courants induits créent un champ magnétique induit qui compense exactement la variation du champ magnétique extérieur.
Cette propriété est utilisée pour réaliser la lévitation magnétique des supraconducteurs.
Le ferromagnétisme :
C’est la propriété de certains matériaux de s’aimanter très fortement sous l’action d’un champs magnétique et éventuellement de garder cette aimantation après que le champ magnétique disparaisse.
Un matériau ferromagnétique plongé dans un champ magnétique génère un nouveau champ magnétique au sein de celui-ci. Ce phénomène est appelé aimantation.
Le champ généré par l'aimantation s'ajoute au champ initial, et c'est la somme des deux qui est observée.
Dans un tel cas, le terme de champ magnétique désigne le champ total, et le champ initial prend le nom d'excitation magnétique.
L’utilisation de ses 2 types de magnétisme est premièrement d’ordre clinique, en utilisant ses propriétés on peut facilement imaginer faire léviter des gouttes de sang pouvant ainsi les étudier en 3 dimensions.
Ou même pour des appareils usuels, la pression créée par le gaz d’une goutte de pétrole pourrait alimenter un téléphone portable pendant plusieurs heures.
Mais ce sont des techniques plutôt couteuses.
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Ambre et Kevin G.
. . . . . Atelier 5 : Mécanique des fluides, Hélium Superfluide
En dessous d’une température de 2,17 K, l’hélium liquide devient superfluide, c’est à dire qu’il n’a plus aucune viscosité.
Il n’oppose alors aucune résistance à l’écoulement, les solides plongés dedans ne subissent plus aucun frottement visqueux.
De plus, l’hélium superfluide est supraconducteur de chaleur.
En insérant de l’hélium liquide dans un cryostat préalablement refroidi à l’azote liquide, puis en pompant, on peut faire atteindre à l’hélium cet état de superfluidité et de réaliser des expériences.
L’expérience de l’effet fontaine : dans un tube en U, on fait passer l’hélium à travers un matériau poreux ; puis un système de chauffage réchauffe cet hélium qui perd alors ses propriétés superfluides et ne peux pas repasser de l’autre coté de matériau poreux. L’hélium s’amasse alors de ce coté du tube, remonte et sors par la deuxième extrémité du tube.
Une autre expérience consiste à faire s’écouler de l’hélium superfluide dans un récipient en forme de gobelet.
On voit alors l’hélium s’étendre sur le bord du récipient, remonter ses parois et retomber à l'extérieur du récipient.
. . . . . Atelier 6a : Epitaxie, dépôts de couche minces
L'épitaxie est une technique consistant à casser des molécules pour replacer les atomes en couches très fines (de l’ordre d’un µm) et ainsi créer de nouvelles entités.
Par exemple, casser du graphite ,récupérer les atomes de carbone ,tout en excluant ( à l’aide de gaz nocifs ,ce qui rend ce procédé très surveillé ) des atomes inutiles pour créer des diamants synthétiques.
(On pose des espèces chimiques sur des matériaux, pour en faire un autre).
L'épitaxie est utilisée pour faire croître des couches minces (allant parfois jusqu'à quelques nanomètre d'épaisseur), on utilise une surface lisse d'un monocristal, sur laquelle les atomes seront donc posés.
L'épitaxie peut se faire sous 3 formes : l'épitaxie en phase solide, en phase liquide et en phase vapeur (par jet moléculaire, cf. illustration). Cette pratique a été créée en 1885.
La synthèse du diamant est utilisée en électro-chimie pour le traitement d'eau (évite l'hydrolyse de l'eau) ainsi qu'en médecine ou bien dans l’industrie.
On peut noter que des pressions énormes sont nécessaires pour la compression du carbone (10 000 tonnes sur quelques mm).
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Thomas et Alessandro
12H : pause déjeuner
13H30 (groupe 1) : troisième parcours à l'institut Néel : Induction et mémoire : le magnétisme au coeur des applications
. . . . . Atelier 7 : Four à induction
Le four à induction est utilisé pour fondre des métaux dans le but de former des alliages et peut également servir a créer des moulages en plaçant un moule sous le creuset. Cette opération n'est pas réversible.
Ce système utilise un champ magnétique que les métaux absorbent et l'energie se manifeste sous forme de chaleur.
Pour créer ce champ magnétique, un circuit RLC alimente une bobine en courant ( environ 800A par spire). Le champ magnétique est donc conséquent.
Le four à induction peut servir par exemple a créer des cibles pour les bombardement de particules en respectant les quantités précises de chaque materiaux.
Samy et Geoffrey
. . . . . Atelier 8 : Enregistrement magnétique
. . . . . . . . Observation de domaines magnétiques; démonstrateur des principes de l'enregistrement; les
progrès récents de la miniaturisation grâce à la magnétorésistance géante (prix Nobel 2007, A. Fert, P. Grünberg); les évolutions futures: la spintronique.
1) expérience 1
On observe avec un microscope un grenat (oxyde d’un matériau magnétique, matériau doux). On peut y voir des parties blanches et des parties noires qui forment comme un labyrinthe. Les différentes couleurs sont dues à une aimantation magnétique dans des sens différents.
Lorsque on applique un courant sur le grenat, on peut remarquer qu’il n’y a plus qu’une seule couleur.
En appliquant un champ, on a donc donné une information magnétique, cependant lorsque qu’on coupe le champs magnétique, l’information disparaît avec lui.
2) Garder l’information
Pour garder l’information, il y a le CD qui peut contenir 8 milliards d’informations ou les barrettes présentes dans tous les ordinateurs qui gardent l’information tant qu’elles sont alimentées.
Nous avons fait une seconde expérience ou nous avons émis un signal sonore et aléatoire sur un matériaux dur (qui peut garder les champs) et nous avons réussi à reproduire le signal sonore.
Romain B. et Matthieu C.
. . . . . Atelier 9 : Ultra basses températures
Les ultra basses températures désignent les températures avoisinant le zéro absolu; le 0°K est donnée par la théorie mais n’a jamais été atteint dans la pratique : la plus basse température recensée est de l’ordre de 100µK.
Pour l’atteindre, plusieurs techniques sont employées : une enceinte de basse pression est crée pour isoler la machine dans laquelle une autre cloche est placée pour protéger des radiations de toutes sortes pouvant réchauffer le système.
A l’intérieur de celles –ci, sont placés les liquides cryogéniques Hélium 3 et Hélium 4.
L’Hélium 4 liquide est déjà très froid (4°K) tout comme l’Hélium 3 (1°K) mais en pompant l’Hélium 4 qui est moins dense l’Hélium3, on crée un transfert d’énergie responsable d’une baisse de température dans le fond de l’enceinte d'étude.
Ceci associé à la technique de désaimantation adiabatique nucléaire (qui permet de diminuer l’activité des noyaux) permet d’atteindre cette ultra basse température.
Ce genre de conditions extrêmes permettent de mieux comprendre les lois fondamentales régissant l’univers tant dans l’infiniment petit que l’infiniment grand (on constate des ressemblances entre le comportement des atomes à ultre-basse température et certaines théories cosmiques).
Antoine et Valentin
13H30 (groupe 2) : parcours au CRETA : Stockage d'énergie et supraconductivité (les applications)
. . . . . Atelier 10 : Stockage d'énergie
L'Hydrogène, vercteur energetique du futur ?
Nous ne nous ferons ici que le résumé du stockage de l'hydrogène, mais si vous souhaitez
plus d'informations à propos de l'hydrogène et de ses possibilités dans le futur,
allez sur le site (présentation partielle) ou téléchargez le dossier complet.
Pour resumer, l'hydrogène est peut être une alternative au pétrole.
L'hydrogène possède de nombreux avantages, mais un défaut reside dans son stockage :
Le stockage de l’hydrogène pose un réel problème, car c’est un gaz très inflammable qui explose facilement.
Il faut donc que le réservoir soit solide et parfaitement hermétique. De plus, le stockage de ce gaz necessite un stockage sous pression à cause de sa faible masse volumique, ce qui peut provoquer un problème d'acceptabilité du public.
Plusieurs solutions existent comme le stockage cryogénique (sous forme liquide à -253°C).
Ce moyen de stockage est déjà utilisé dans l’automobile (ex : BMW, OPEL…).
Mais les reservoirs n’ont pas une grande capacité et l’évaporation due à la température est inévitable.
Pour palier ces problèmes,les chercheurs cherchent une solution de stockage plus sur, et ceux du CNRS travaillent sur une solution avec du magnésium, qui a la capacité de stocker l'hydrogène sous forme MgH2 (Mg + H2 -> MgH2) quand il est sous une forme broyée.
Ils developpent en ce moment des réservoirs MgH2 capables de stocker des volumes d'hydrogène considérables , mais dont le chargement prend encore trop de temps à cause de la chaleur provoquée. Actuellement, il faut environ 3 heures pour remplir le reservoir.
C'est donc un nouveau défi à relever pour l'Hydrogène.
Timothée et Quentin
. . . . . Atelier 11 : Expérience de lévitation par supraconductivité
La pastille de métal supraconducteur (alliage de métal), c'est-à-dire un métal qui n’a aucune résistance, obtient ses propriétés supraconductrices à partir (en dessous) de 77°K, c’est pour cela qu’on place cette pastille dans un bain d’azote liquide.
Une fois la pastille refroidie, on pose l’aimant sur une plaque de plexiglas au-dessus de la pastille et on exerce une pression sur celle-ci l'aimant.
En relâchant la pression, observe que, après avoir enlevé la plaque de plexiglas, l’aimant lévite au-dessus de la pastille.
Explication : Lorsque l’on compresse l’aimant sur la pastille supraconductrice, on crée des vortex qui s’attachent comme des cordes aux imperfections de l’aimant et de la pastille.
Lorsqu’on relâche la pression, ces vortex ne disparaissent pas et gardent l’aimant à même distance de la pastille, ainsi il lévite au-dessus de la pastille.
Remarque : Si on donne un mouvement de rotation à l’aimant lorsqu’il lévite, il gardera ce mouvement à l’infini puisqu’il n’a aucun frottement (mis à part l’air qui est négligeable) et peut donc continuer son mouvement de rotation.
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Kevin B. et Christopher
. . . . . Atelier 12 : Expérience de lévitation par supraconductivité
. . . . . . . . Train en lévitation au-dessus de ses rails.
Le supraconducteur est un alliage de métaux qui, porté à très basse température ( entre 77K et 4K suivant l’alliage ), n’a aucune résistance électrique. Si un courant est injecté à l’nterieur il y reste donc définitivement sans aucunes pertes.
Le supraconducteur à d’autres propriétés : lorsqu’il garde du courant, son champ magnétique permet de faire “léviter” un aimant permanent au dessus.
Les défauts à la surface du supraconducteur forme de petits vortex dans lesquels le champs magnétique de l’aimant est emprisonné, ce qui empêche son déplacement.
Cela attache littéralement l’aimant et le supraconducteur d’où la lévitation. On peut représenter la force qui les maintient loin l’un de l’autre comme un ressort : plus on appuie sur l’aimant en lévitation, plus la force qui le maintient dans cet état est puissante.
Au Japon existe le prototype d’un train utilisant cette propriété du supraconducteur pour se déplacer, l’avantage est qu’il n’y a plus de frottement entre le train et le sol, le seul frottement encore existant est celui de l’air, c’est pourquoi les trains doivent avoir la forme la plus aérodynamique possible.
Grâce au supraconducteur on peut transporter des lourdes charges car il suffit d’amplifier le courant qui est stocké dans le supraconducteur pour l’éloigner des rails et vice versa.
On peut aussi employer le supraconducteur comme disjoncteur ou bien pour transporter l’électricité.
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Diane et Benjamin
13H30 (groupe 3) : parcours au laboratoire de physique subatomique et de cosmologie
. . . . . Atelier 13 : Rayons cosmiques
Les rayons cosmiques sont des particules émises par des astres stellaires qui traversent l’univers, dans toutes les directions.
Nous sommes bombardés en permanence, à hauteur de 200 particules par m² par seconde.
Les particules qui nous touchent sont réparties sous deux catégories.
Les protons émis par les astres, se transforment en pions dans notre atmosphère, qui eux mêmes se transforment en muons ou neutrinos.
Le muon est assez proche de notre électron mais il est plus gros.
Le neutrino quand à lui est une particule qui ne fait que traverser la matière sans l’altérer ou s’y fixer. Il se contente de passer entre les atomes.
Pour les repérer, les physiciens ont créé un « chambre à étincelle ».
La « chambre a brouillard » permet quand à elle de voir les rayons radioactif de la terre.
On peut ainsi repérer les différentes particules :
. . . . - les noyaux d’hélium (gros trait blanc droit)
. . . . - les particules ß+ et ß- (petits traits blancs courbes)
Emilie et Maxime S.
. . . . . Atelier 14 : LHC : la machine "à remonter le temps"
Le LHC (Large Hadron Collider ) est un accélérateur de particules construit dans un tunnel à 100
mètres sous terre à la frontière franco-suisse.
Il est constitué d'un anneau de 27 km de circonférence formé d’aimants supraconducteurs et de structures accélératrices qui augmentent l’énergie des particules qui y circulent.
À l’intérieur de l’accélérateur, deux faisceaux de particules circulent à des énergies très élevées et à une vitesse proche de celle de la lumière (les conditions qui existaient juste après le Big Bang), avant de rentrer en collision l’un avec l’autre.
Les faisceaux circulent en sens opposé, dans des tubes distincts placés sous un vide très poussé (ultravide).
Ils sont guidés le long de l’anneau de l’accélérateur par un puissant champ magnétique, généré par des électroaimants supraconducteurs. Les particules accélérées sont des protons ou des ions de plomb (des particules subatomiques de la famille des hadrons).
Six expériences sont réalisées sur le LHC : ATLAS, CMS, TOTEM, LHCb , ALICE et LHCf.
Elles ont pour objectifs de détecter la particule « boson », de mettre en évidence la supersymétrie, la matière noire...
photo : Tunnel du LHC avec tubes accélérateurs supraconducteurs
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Quoc Viet et Emilien
P.S. Voir le dossier du site techno-science.net : LHC
. . . . . Atelier 15 : Alice
Qu’est-ce que Alice ?
Tout d’abord, afin de déterminer qui ou plutôt ce qu’est Alice, il faut savoir que le CNRS de Grenoble réalise des expériences sur l'accélérateur de particules appelé LHC. Le LHC est un anneau de 8 km de diamètre dans lequel des atomes sont lancés dans un vide total dans le but de les faire entrer en collisions.
Sur cette anneau sont placés 4 détecteurs ayant chacun un rôle bien précis et Alice est un de ces 4 détecteurs.
Alice signifie A Large Ion Collider Experiment (Expérience sur la collision des ions). Son but est d’étudier les quarks.
Mais qu’est-ce que les quarks ??
Chacun sait que les atomes sont formés d’électrons qui gravitent autour d’un noyau constitué de protons et de neutrons.
Mais ce ne sont pas les plus petites entités chimiques connues.
En effet, il a était découvert que des quarks associés en différentes combinaisons et liés par des gluons donnaient soit un proton, soit un neutron, soit un électron.
La taille d’un quark est inférieure à 10-19 mètre, contre 10-15 mètres pour un nucléon, ce qui correspond au domaine d’étude d’Alice.
Lors de la collision entre les atomes, les noyaux se cassent et pendant une fraction de seconde, on obtient des quarks isolés visibles sur une « photo », ce qui permet d’étudier les particules formées.
Afin d’imaginer ce que représente Alice, c’est un détecteur de 10 tonnes, de 25 m de long, de 15 m de haut et un aimant de 0,5 tesla.
Coralie et Maxime M.
15H : parcours au laboratoire des champs intenses : les aimants les plus forts d'Europe
. . . . . Atelier 16 : production des champs magnétiques intenses
Le LCMI (Laboratoire des champs magnétiques intenses) a plusieurs missions. Une de celle-ci est la production de champs magnétiques intenses, c'est-à-dire d'une intensité supérieure à un Tesla (1T).
Le principe de production d'un CMI statique (sans pulsation, constant) est de faire passer un courant électrique dans une bobine. Il se crée un champ magnétique, dont l'intensité maximale se trouve au centre de la bobine appelée électro-aimant, d'une valeur B = C . n . I (avec B en T, I en A et n le nombre de spires).
Au LCMI, pour un champ de 35 T, ils font passer 30 000 A dans environ 150 spires.
Mais il y a deux contraintes pour une production d'un tel champ magnétique intense :
. . . . . . . - les forces de Laplace qui exercent une « pression magnétique » qui tend à faire exploser la bobine.
. . . . . . . - L'effet Joule qui entraine un risque de fusion de la bobine.
Pour contrer les forces de Laplace, il existe plusieurs techniques. Deux sont entre autre
utilisées au LCMI : les disques de Bitter et les polyhélices.
La première consiste en un empilement de disques conducteurs et isolants. Ces derniers comportent des trous pour laisser une petite zone de contact entre les disques conducteurs. Ainsi, le courant circule comme dans un solénoïde.
La seconde consiste à prendre des tubes de cuivre en spirale que l'on unifie avec de la colle isolante puis à les emboîter comme des poupées russes et à les unifier ensemble avec une bague.
Pour contrer l'effet joule, on procède à un refroidissement liquide. Pour éviter les problèmes entre l'eau et l'électricité, l'eau est déminéralisée et retrouve donc sa résistance et son isolation. Mais ainsi, l'eau ne peut être rejetée et circule donc en circuit fermé. Un débit de 300 litres par seconde (environ deux baignoires par seconde) est nécessaire pour un bon refroidissement.
Les alimentations du LCMI sont tellement grandes qu'elles constituent un huitième de la consommation en électricité de Grenoble.
Pour atteindre l'objectif de 40 T en 2010 (35 T en 2008) les chercheurs ont pour projet de créer une bobine hybride : associer la supraconduction aux techniques déjà utilisées.
Ainsi, l'ajout d'une bobine résistive dans un aimant supraconducteur permet d'ajouter les 30-35 T de la bobine aux 8-10 T de l'aimant. Les américains utilisent déjà cette technique et produisent un champ de 45T, le record de champ magnétique intense statique à ce jour.
Mandy et Mathieu D.
. . . . . Atelier 17 : applications des champs magnétiques intenses
Voici les différentes applications dans lesquels on utilise des champs magnétiques intenses:
Le train à sustentation magnétique
Un train à sustentation magnétique est un train qui utilise les forces magnétiques pour assurer sa sustentation et pour avancer.
Au contraire des trains classiques, il n'est pas en contact avec des rails, ce qui permet de minimiser les frottements, et d'atteindre des vitesses un peu plus élevées, le record actuel datant de 2003 étant de 581 km/h, soit 6 km/h de plus que le dernier record (574,8 km/h) du TGV de 2007.
Grâce à un système de champs magnétiques, le train est maintenu en l'air et propulsé avec des frottements minimums.
La résonance magnétique : IRM et RMN
La résonance magnétique est un phénomène qui apparait lorsque certains atomes sont placés dans un champ magnétique et reçoivent un rayonnement radio adapté.
En effet, les atomes dont le noyau est composé d'un nombre impair de constituants ( en particulier l'hydrogène, dont le noyau se résume à un proton ) présentent une sorte de moment magnétique, appelé moment magnétique de spin.
Lorsqu'un noyau est placé dans un champ magnétique ( mécanique quantique oblige ) il ne peut se placer que dans deux états distincts.
On peut toutefois faire passer un noyau d'un état à l'autre avec un photon de pulsation adaptée : on parle de résonance.
Ce phénomène affectant le noyau d'un atome, on parle de résonance magnétique nucléaire.
Un noyau affecté retourne à l'équilibre en reprenant son état d'origine et en émettant un photon.
Ce rayonnement, en plus d'indiquer la présence du noyau, peut également informer sur son voisinage au sein d'une molécule.
En effet, il se produit des couplages, qui influencent notamment sa fréquence.
En RMN, on appelle ces écarts à un solvant de référence : les « déplacements ».
L'imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est l'application de cet effet en imagerie médicale, permettant d'avoir une vue 2D ou 3D d'une partie du corps, notamment du cerveau.
Les moteurs électriques
Les forces engendrées par les champs magnétiques, formulées par la relation de Lorentz, permettent d'envisager des dispositifs qui utilisent un tel champ pour transformer l'énergie électromagnétique en énergie mécanique.
Mallory et Joris