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ENSIACET
Cours de Résonance Magnétique Nucléaire
Plan
I. Le phénomène de résonance magnétique nucléaire
II. Les spectres de résonance des noyaux
Introduction
La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) est une technique spectroscopique qui se
base sur une interaction particulière, celle qui existe entre la composante magnétique d’une
radiation électromagnétique et le moment magnétique que possède certains noyaux (moment
magnétique nucléaire). Ce phénomène a été observé pour la première fois en 1946 par F.
BLOCH et E.M. PURCELL qui ont obtenu le Prix Nobel de Physique en 1952. Dès 1950, la
RMN a été appliquée à des problèmes de chimie. Les premiers appareils travaillant à onde
continue 40 MHz (0.93 Tesla) ont été utilisés en routine par les chimistes en 1960,
exclusivement pour des noyaux comme le 1H ou 19F et dans le cas de composés très solubles.
Une nouvelle génération d’appareils travaillant par impulsion et utilisant la
transformée de Fourier (FT-RMN) est apparue à partir des années 1970 et en 1991, R. Ernst
reçoit le Prix Nobel de Chimie pour ces expériences en FT-RMN et pour le développement de
nombreuses techniques bidimensionnelles (RMN-2D). Aujourd’hui, des aimants
supraconducteurs ou cryoaimant (He/N2 liquide) ont remplacés les électroaimants et il existe
des spectromètres à 800 MHz. De plus, l’informatique a beaucoup évoluée et a permis des
améliorations notables au niveau du traitement du signal.
Le fait d’augmenter la puissance du champ magnétique appliqué permet d’augmenter la
résolution et l’analyse du spectre devient de plus en plus aisé.

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Figure 1. Spectres de RMN 1H d’une molécule complexe obtenus à deux fréquences
différentes de puissance de champs.
La RMN est probablement la méthode d’analyse structurale la plus complète et la plus
puissante. Elle est tout naturellement devenue la plus utilisée pour l’analyse structurale mais
aussi pour l’étude des phénomènes dynamiques en solution et cela tant en chimie organique

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qu’inorganique. Si l’on regarde la littérature scientifique on trouve la séquence suivante pour
les techniques d’analyse: RMN > IR > DR-X > UV-vis > SDM.
I. Le phénomène de résonance magnétique nucléaire
I.1. Le noyau. Moment magnétique nucléaire et moment quadripolaire
Le noyau est constitué de Z (numéro atomique) protons et de N neutrons. Le numéro
atomique A est la somme Z+N. Chaque noyau possède un moment magnétique classique  et
un moment angulaire nucléaire I (ou moment de spin) reliés par l’équation  = .I, ou  est le
rapport gyromagnétique, c’est une constante de chaque noyau. D’après la théorie quantique, le
moment magnétique nucléaire, ainsi que le moment cinétique sont quantifiés et on associe à I
un nombre quantique I, encore appelé nombre quantique de spin, ou spin nucléaire, de telle
sorte que :
I = h/2 √( I (I+1))
Figure 2. Quantification du moment magnétique nucléaire
Les valeurs de I dépendent du nombre de protons et de neutrons dans le noyau à l’état
fondamental. Dans les conditions RMN et en général dans les réactions chimiques, le noyau
se trouve à l’état fondamental.
x
y
z
zm=+1/2
m=-1/2
x
y
z
zm=+1/2
m=-1/2

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Noyaux
A/Z
Nombre
quantique de
spin (I)
Moment
angulaire I
12C, 16O
Pair/pair
0
0
non magnétique
1H, 13C,
15N, 19F,
31P, 103Rh
A pair
Z pair
ou
impair
1/2, 3/2, 5/2,
…
magnétique
2H, 14N
A pair
Z impair
1, 2, 3, …
magnétique
De plus, quand I est supérieur à ½, les noyaux possèdent en plus une distribution de
charge non sphérique. Ceci est à l’origine d’un moment électrique quadripolaire, e.Q, ou e
est l’unité de charge et Q est une mesure de la déviation de la distribution de charge
(excentricité).
I.2. Les noyaux et les éléments intéressants en RMN
Si l’on considère simultanément les valeurs de I et de Q, on peut classifier les noyaux
suivant quatre types distincts:
Figure 3. Différents types de noyaux en fonction des valeurs de I et Q
+
+-
-+
+--
I = 0
Q = 0 I = 1/2
Q = 0 I > 1/2
Q > 0
I > 1/2
Q < 0
A B C D
+
+-
-+
+--
I = 0
Q = 0 I = 1/2
Q = 0 I > 1/2
Q > 0
I > 1/2
Q < 0
A B C D

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 Type A : ils sont exclus des études RMN car ils ne possèdent pas de spin nucléaire et
ne présentent donc pas de moment magnétique. C’est le cas du 12C pourtant si
important en chimie organique.
 Type B : ce sont les noyaux les plus fréquemment étudiés en RMN car ils donnent des
signaux bien définis, c’est le cas de 1H, 13C, 31P, 19F, 103Rh ou encore 195Pt.
 Type C et D : il s’agit des noyaux qui, en principe sont observables en RMN, mais
l’existence d’un moment quadripolaire peut provoquer un élargissement important des
signaux au point de rendre impossible l’observation RMN. Du point de vue de la
RMN on arrive à étudier 10B, 11B et 14N.
Nous ne devons perdre de vue à aucun moment qu’en RMN, on se réfère au noyau et pas à
l’élément. La majorité des éléments possèdent plusieurs isotopes, c’est le cas du carbone
12,13,14C où seul le 13C (I=½) est actif en RMN.
Pour qu’un isotope (noyau) soit accessible à l’observation RMN il est nécessaire, outre
qu’il présente un spin nucléaire, que son moment magnétique classique soit appréciable. Au
total la magnétisation de l’échantillon dépend de deux paramètres:
 l’abondance relative (ax) de l’isotope actif en RMN
On aura ainsi, pour différents noyaux observables en RMN : 1H = 100%; 13C = 1,1%;
103Rh = 100% ; 31P = 100% et 195Pt = 34%.
 la sensibilité relative du noyau observé
La sensibilité relative dépend de la valeur du moment magnétique classique et donc du
facteur gyromagnétique 
Sx = Kx3.Ix.(Ix +1)
Comme  est une caractéristique du noyau, la sensibilité relative, à champs constant
l’est aussi. La constante K est liée au spectromètre utilisé. Les sensibilités relatives sont
référées par rapport à 1H : 1H = 1; 13C = 0,016; 103Rh = 3,1.10-4 ; 31P = 0.067 et 195Pt = 3,36.10-
3.
C’est à partir des effets combinés de l’abondance et de la sensibilité relative que l’on a défini
la réceptivité R qui est le reflet direct de l’intensité intrinsèque du signal RMN :
Rx = ax . Sx