Aspects fondamentaux de la Résonance Quadripolaire Nucléaire de l’azote-14 par impulsion de champ radiofréquence : Vérifications expérimentales, Fundamentals of pulsed nitrogen-14 Nuclear Quadrupole Resonance : Experimental verifications

Maude Ferrari

Description

Sous la direction de Daniel Canet
Thèse soutenue le 29 octobre 2008: Nancy 1
La Résonance Quadripolaire Nucléaire (RQN) est une méthode spectroscopique qui permet de détecter, dans une poudre, les noyaux quadripolaires, comme par exemple l’azote-14. Cette technique peut répandue, connait ces dernières années un regain d’intérêt puisqu’elle semble être prédestinée à la détection des explosifs. Le but de cette thèse était de trouver des solutions qui permettraient d’utiliser la RQN au maximum de ces capacités. Dans un premier temps, nos préoccupations ont été essentiellement d’ordre théorique afin d’établir les fondements théoriques de la RQN pour un noyau de spin 1. Pour cela, nous avons établi une approche particulièrement intéressante qui peut être appliquée de façon systématique sans avoir recours à la spécificité de l’expérience. Ensuite, nous avons mis au point des méthodes de mesures fiables et surtout optimiser les paramètres expérimentaux. Toutes ces considérations théoriques ont bien sûr fait l’objet de vérifications expérimentales. Aucun spectromètre complet de RQN n’existant commercialement, l’une des priorités du laboratoire a été de développer un spectromètre par impulsion ainsi qu’un logiciel spécialement conçu pour des expériences de RQN. Nous avons étudié des composés inertes comme le nitrite de sodium et l’hexaméthylènetétramine ainsi qu’un explosif, le RDX. Ainsi, de nombreuses applications et vérifications ont été possibles comme la détection et la caractérisation d’échantillons de RDX de qualités cristallines différentes ou encore les mesures de temps de relaxation en fonction de la température.
-Impulsion de champ radiofréquence
-Courbe de nutation
-Mesure des temps de relaxation
-Noyaux de spin 1
Nuclear Quadrupole Resonance (NQR) is a spectroscopic method which is used to detect, in a powder sample, a molecule containing quadrupolar nuclei, there are nuclei with a spin greater than ½ (e.g. 35Cl, 14N). This technique has known recently a renewed interest because of its potentiality for detecting drugs and explosives. During this three-year thesis, we attempted to find appropriated methods for using Nuclear Quadrupole Resonance at the maximum of its capabilities. First, we developed a novel theoretical approach universally applicable to any type of experiment. This approach has proven especially useful for optimizing the parameters involved in several experiments. The latter have been shown to support our theoretical predictions. As there is no NQR spectrometer commercially available, the most stringent prerequisite was to develop a dedicated instrument with a specific software allowing us to design new experiments. We studied two inert compounds: sodium nitrite and hexamethylenetetramine as well as an explosive: RDX. Many applications and verifications have been possible, for instance, the detection and characterization of RDX samples from different batches, or the variation of relaxation times as a function of temperature.
Source: http://www.theses.fr/2008NAN10061/document

Informations

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• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

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FACULTE DES SCIENCES & TECHNIQUES




U.F.R. Sciences & Techniques de la Matière et des Procédés
Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaire
Département de Formation Doctorale de Chimie et Physico-Chimie Moléculaires



Thèse

présentée pour l'obtention du titre de

Docteur de l'Université Henri Poincaré-Nancy I

en Chimie et Physico-Chimie Moléculaires

par Maude FERRARI


Aspects fondamentaux de la Résonance Quadripolaire
Nucléaire de l’azote-14 par impulsion de champ
radiofréquence - Vérifications expérimentales

Sous la direction de D. CANET, Professeur à l’Université Henri Poincaré Nancy I



Soutenue le 29 octobre 2008 devant la commission d’examen


Membres du jury :

Président : M. Jacques FRAISSARD Professeur Emérite, Université P.et M.Curie, ParisVI
Rapporteurs : M. Christian BONHOMME Professeur, Université P. et M. Curie, Paris VI
M. Janez SELIGER Professeur, Université de Ljubljana, Slovénie

Examinateurs : M. Guy JACOB Docteur, S.N.P.E., Vert le Petit
M. Xavier ASSFELD Professeur, U.H.P., Nancy I
M. Daniel CANET I


Equipe de Méthodologie RMN
Faculté des Sciences & Techniques - 54500 Vandœuvre-lès-Nancy






A mon papa et à ma maman,
A mon compagnon Antoni














Avec une pensée pour Martine
qui aurait pu vivre encore un peu...

REMERCIEMENTS REMERCIEMENTS



Je tiens tout d’abord à remercier Monsieur Christian Bonhomme, Professeur à l’université
Pierre et Marie Curie de Paris ainsi que Monsieur Janez Seliger, Professeur de l’université de
Ljubljana en Slovénie pour avoir acceptés de juger ce travail et d’en être les rapporteurs. La
pertinence de leurs suggestions m’a donné l’occasion d’améliorer mon manuscrit.

Le Professeur Jacques Fraissard, de l’université Pierre et Marie Curie de Paris m’a fait
l’honneur de présider cette commission d’examen et je voudrais en profiter pour le remercier de
m’avoir permis de donner ma première conférence lors du congrès international EUROMAR qui
s’est tenu à Saint Petersbourg en juillet 2008.

Je suis très sensible à la présence dans ce jury de thèse du Professeur Xavier Assfeld de
l’université Henri Poincaré de Nancy. Il a toujours été disponible et j’ai pu profiter de ses
connaissances en chimie quantique pour enrichir mon travail de thèse. Je remercie également
Monsieur Guy Jacob de la S.N.P.E. de Vert le Petit pour son accueil chaleureux lors de mon séjour
au sein de son laboratoire. Sans cette collaboration, la détection et la caractérisation d’explosifs
n’auraient pu être envisageable.

Les recherches effectuées ces trois dernières années n’auraient pas été aussi fournies si je
n’avais pas été aussi bien encadrée au sein de l’équipe de méthodologie RMN. Je suis
particulièrement reconnaissante envers Mr Marchal puis Mr Marande qui exercent tout deux la
mécanique de façon précise et appliquée bien qu’étant souvent amenés à travailler dans l’urgence.
Tout ce que j’ai appris en électronique je le dois à Mr Retournard, disponible, polyvalent, toujours
de bonne humeur, ce fut un bonheur de travailler à ses côtés.

Je n’oublie pas bien sûr tous les autres membres de l’équipe de méthodologie qui, par leur
bonne humeur, leur gentillesse et leur disponibilité, ont largement participé à ce travail. Je pense
particulièrement à Sabine qui est devenue une très bonne amie mais aussi à Jean Brondeau,
Elisabeth Dumas, Jean-Marie Escanyé, Denis Grandclaude, Pierre Mutzenhardt, Benoit, Christie,
Diana, Emilie, Jérôme, Greg, Mehdi, Nicolas et Seb.

- 3 -
"Last but not least", j’exprime mes profonds remerciements à mon directeur de thèse, le
Professeur Daniel Canet qui m’a fait passer mes trois plus belles années de mon cursus
universitaire. Sans jamais compter son temps, il m’a guidé au quotidien et m’a transmis sa passion
pour la recherche. Il a du aussi faire preuve parfois de patience face à ma forte tête et mes exigences
(la réciproque est vraie aussi). C’est ainsi qu’après 4 années passées ensemble, bien plus qu’un
directeur de thèse, c’est aujourd’hui avec un pincement au cœur, l’équivalent d’un grand-père que je
quitte.

Le bon déroulement d’une thèse n’est pas seulement dû à la qualité de l’encadrement
scientifique. Dans mon cas, une grande partie revient à ma famille. Je pense bien entendu à mon
papa et à ma maman mais aussi à Audrey, Aurélien et Antoni qui m’ont toujours apporté leur
soutien et leurs encouragements.



- 4 -
TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION ............................................................................................................................................................ 8

CHAPITRE 1. HISTORIQUE – RQN VS. RMN ....................................................................................................... 12

TABLE DES MATIERES CHAPITRE 1. ..............................................................................................................................13

1. CONFRONTATION DE CES DEUX METHODES SPECTROSCOPIQUES ......................................................................... 14
1.1. Deux découvertes à quatre ans d’intervalle..................................................................................................... 14
1.2. Principe général: ressemblances et différences............................................................................................... 15
1.3. Deux évolutions très différentes............................. 20
1.4. Les limites de la RMN face aux noyaux quadripolaires................................................................................... 23

2. POURQUOI L’AZOTE-14 ?........................................................................................................................................ 27
2.1. Les méthodes de détection des mines antipersonnel ........................................................................................ 27
2.2. La RQN pour la détec nnel.......................................................................... 29
2.3. La RQN va plus loin......................................................................................................................................... 33

3. DIFFERENTES TECHNIQUES DE RQN...................................................................................................................... 35
3.1. Par impulsions de champ radiofréquence........................................................................................................ 35
3.2. Les alternatives ................................................................................................................................................ 36

CONCLUSION DU CHAPITRE 1..................................................................................................................................... 42

BIBLIOGRAPHIE DU CHAPITRE 1. .................................................................................................................................. 43

CHAPITRE 2. LES FONDEMENTS THEORIQUES DE LA RQN...................................................................... 45

TABLE DES MATIERES CHAPITRE 2..46

1. L’INTERACTION QUADRIPOLAIRE........................................................................................................................... 47
1.1. Les noyaux quadripolaires..............