Contexte : utilisation de la RMN et de l’IRM comme outils efficaces dans le domaine de l’énergie
Les modes de production et d’utilisation de l’énergie sont en pleine mutation et la recherche fondamentale est plus que jamais nécessaire pour accompagner la transition énergétique et porter les ruptures potentielles. Les outils et méthodes d’étude des phénomènes mis en jeu dans les procédés de production, de conversion et d’utilisation de l’énergie doivent nécessairement être versatiles et adaptables. Les objets de l’énergie sont en effet multiformes : catalyseurs solides, électrolytes polymères, fluides complexes, matière molle, bioproduits… et sont imbriqués dans des dispositifs complexes (batteries, pile à combustible, réacteur chimique…). Les méthodes de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ont la particularité d’être applicables sur la matière dans les états liquides et solides, pour étudier la structure et la morphologie d’un échantillon, caractériser la diffusion ou l’écoulement d’une phase liquide dans un milieu complexe ou encore imager un système avec une variété importante de sources de contraste. L’élément cible le plus courant de la RMN et de l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) est le noyau de l’atome d’hydrogène, ce qui rend les méthodes adaptées à un grand nombre de systèmes (ceux contenant de l’eau en particulier). La sélectivité chimique du phénomène de RMN est aussi mise à profit pour étudier spécifiquement d’autres éléments, comme le fluor, le sodium, l’azote, le chlore, le phosphore ou des isotopes du carbone et de l’oxygène .
Création d’un réseau inédit et innovant
De nombreux laboratoires français possèdent une expertise en spectroscopie RMN ou en imagerie IRM. Les deux communautés sont historiquement assez disjointes : l’objet d’étude des spectroscopistes (chimistes, biologistes) tient à l’intérieur d’un tube RMN, celui des spécialistes de l’imagerie est constitué majoritairement de matière vivante ou biologique (humains, animaux). L’appareillage de l’un et de l’autre est donc généralement assez différent, notamment de par la taille de la zone échantillon ou sa capacité à être instrumentée.
Depuis un certain nombre d’années, plusieurs laboratoires développent des dispositifs RMN spécifiques pour étudier la matière ou des phénomènes dans des environnements extrêmes (CEMHTI), in-situ ou operando dans des dispositifs dédiés (LRM, LEMTA, IFSTTAR, CEHMTI), dans la matière végétale, animale ou humaine (INRAe, biomaps) ou par des méthodes spécifiques (relaxométrie RMN : PHENIX , LRM, IFPEN, LEMTA, CRM2). La communauté de ces acteurs de la RMN « hors des sentiers battus », même si elle était identifiée au niveau national, n’était pas encore, en 2019, fédérée ni mise en réseau.
Naissance du réseau RME et actions
Le LEMTA (porteur du projet de réseau ANCRE) et neuf autres laboratoires ont répondu début 2019 l’appel à projet de l’alliance ANCRE « Sciences de Base de l’Energie ». Ce projet, débuté en juin 2019, a servi de point de départ pour la création du réseau RME.
Les actions du nouveau réseau ont notamment pour objectif de dégager les verrous techniques et/ou scientifiques qui limitent actuellement l’utilisation à plus grande échelle des outils de RMN/IRM dans la recherche en énergie.
On peut citer des points de réflexion tels que :
- quelles sont les méthodologies RMN/IRM les plus adaptées à l’étude des procédés utilisés dans le domaine de l’énergie ?
- comment profiter à la fois des savoir-faire des domaines de l’imagerie et de la spectroscopie ?
- comment préparer les designs de dispositifs adaptés et les fabriquer (fabrication additive, procédés de microfluidique, compatibilité des matériaux, environnements échantillon (contraintes hydriques, température)…) ?
- comment augmenter la sensibilité des mesures ?
- comment coupler l’approche par résonance magnétique à d’autres techniques expérimentales (optiques, RX, neutrons) ?
Les réflexions du groupe portent également sur l’acquisition et la mutualisation de matériel. Les spectromètres et imageurs sont en effet des équipements « lourds » si bien que leur acquisition et leur maintenance est difficilement supportable par une unité de recherche seule. Il apparaît dès lors fondamental d’être fédéré autour de besoins communs afin de pouvoir répondre collectivement et efficacement aux appels d’offres susceptibles de fournir à la communauté française des équipements structurants.
Les 10 membres actuels du réseau RME :
Laboratoire LEMTA (Université de Lorraine, CNRS), Laboratoire Navier (Ecole des ponts ParisTech, Université Gustave Eiffel, CNRS), Laboratoire de Résonance Magnétique (CEA/DRF/IRIG), AgroResonance (unité QuaPA, INRAE), Unité OPAALE (INRAe), Laboratoire CEMHTI (CNRS), Laboratoire IR4M (Université Paris Saclay, CEA, CNRS, INSERM), Laboratoire CRM2 (Université de Lorraine, CNRS ), Laboratoire PHENIX (Sorbonne Université, CNRS) et IFPEN.