Le magnétisme - Association I

Le magnétisme
L'aimant présente deux pôles : nord (-) et sud (+).
Les pôles de signe inverse s'attirent.
Les pôles de même signe se repoussent.
Autour des pôles d'un aimant existe un champ magnétique.
L'aimant présente 2 pôles :
nord (-) et sud (+)
Autour de l'aimant existe un
champ magnétique
Ce champ magnétique est, en général, non uniforme, car il décroît avec la distance,
mais on peut le rendre uniforme en courbant l'aimant.
Le champ est uniforme
entre les deux bras de
l'aimant

La terre est un aimant dont le champ magnétique est de 0,05 gauss.
Les champs magnétiques utilisés en résonance magnétique sont très puissants et très
uniformes.
Les champs magnétiques utilisés varient de 0,1 tesla à 2,0 tesla (1 tesla = 10 000 gauss).
Un courant électrique (produit par des charges électriques en mouvement), crée un
champ magnétique.
Un champ magnétique possède une direction (d'un pôle à l'autre), et un sens (de Sud
vers Nord).
Une grandeur qui possède une direction et un sens, s'appelle un vecteur et se représente
par une lettre surmontée d'une petite flèche.
Un vecteur est caractérisé par quatre paramètres : sa direction, son sens, son point
d'application, sa norme (son intensité).
BB0 est le champ magnétique
principal
Le champ magnétique principal en IRM est fixe, et est représenté par la lettre B0.
L'atome
L'atome est constitué d'un noyau autour duquel gravitent les électrons.

Le noyau est constitué de protons et de neutrons sauf l'atome le plus simple,
l'hydrogène, dont le noyau est composé d'un seul proton.
C'est de loin l'atome le plus abondant dans le corps humain, et le seul qui soit
réellement utilisé en imagerie par résonance magnétique.
On peut faire de l'IRM du phosphore, du sodium, et de tous les atomes dont la somme
des protons et des neutrons est impaire.
Les noyaux ont un moment magnétique.
En effet, les protons et les neutrons, ont leur surface occupée par des charges
électriques dont les centres de gravité ne coïncident pas.
Ce sont des dipôles, et ils possèdent un moment électrique dipolaire.
Les noyaux, comme les électrons, tournent sur eux-mêmes à grande vitesse.
En anglais, "tourner sur soi-même", se dit "to spin".
Les noyaux possèdent un moment angulaire de spin, appelé plus simplement spin.
Moment magnétique angulaire de
spin ou spin
C'est un vecteur qui représente
l'axe de rotation du proton sur lui-
même
Que devient le spin dans un champ magnétique ?
Vu qu'il se comporte comme un petit aimant, le spin du proton va s'aligner dans la
direction du champ magnétique, mais a le choix entre deux positions.
Il peut s'aligner du sud au nord, dans une position dite parallèle au champ magnétique,
ou bien du nord au sud, dans la position dite antiparallèle.

Dans un champ magnétique, le spin du
proton s'aligne selon deux positions
parallèle : sud nord
antiparallèle : nord sud
Les deux positions ne sont pas équivalentes. Elles correspondent à des niveaux d'énergie
différents.
Il faut un paquet d'énergie ou "quantum" moins élevé pour mettre un proton en position
parallèle.
Or les protons suivent la règle générale : moins on en fait, mieux on se porte.
Par conséquent, il va y avoir un tout petit peu plus de protons alignés en position
parallèle dans le sens du champ magnétique.
Sur 2 millions et 3 protons, alignés dans un champ magnétique de 0,3 tesla, il y en aura
1 million + 3 dans le sens du champ magnétique, sens parallèle, et 1 million dans le sens
antiparallèle.
Donc entre les deux positions, parallèle et antiparallèle, il existe une différence
d'énergie ΔE.
C'est cette différence entre les deux niveaux d'énergie qui va rendre possible la
détection d'un signal de résonance magnétique.
Lorsqu'on augmente l'intensité du champ magnétique, on augmente la différence
d'énergie qui existe entre les deux états des spins.
Ce faisant, on augmente le signal, mais aussi certains artéfacts et autres inconvénients,
ce qui fait que l'on ne peut pas augmenter le champ magnétique au-dessus de deux
tesla.

La résonance
Les exemples de phénomènes de résonance sont nombreux :
Une cantatrice peut faire exploser un lustre de cristal. Que se passe-t-il ? La voix
émet des ondes sonores d'une certaine fréquence. Si cette fréquence est la même
que celle du cristal, il y a un transfert d'énergie entre les deux systèmes. Ils
entrent en résonance. L'énergie peut être éventuellement suffisante pour briser
le lustre.
Lors d'un tremblement de terre, lorsque la fréquence de l'onde de propagation
correspond à la fréquence de résonance d'un immeuble, il y a transfert d'énergie.
L'immeuble vibre avec une amplitude beaucoup plus forte et va s'écrouler.
L'immeuble voisin dont la fréquence est différente, n'aura que peu de dégâts.
Dans une vieille voiture, à une vitesse donnée, une pièce entre en résonance
lorsque la fréquence du moteur correspond à sa propre fréquence de résonance. Il
y à transfert d'énergie entre les deux systèmes.
Dans tous les cas de résonance, il s'agit d'une onde, c'est-à-dire d'un phénomène
vibratoire qui à une amplitude et une fréquence propre.
La fréquence est l'inverse de la période
et caractérise donc la périodicité du phénomène
Lorsqu'un objet est mis en présence d'une onde dont la fréquence correspond à sa propre
fréquence, il entre en résonance.
En conclusion : la résonance est le transfert d'énergie entre deux systèmes oscillant
à la même fréquence.
On ne s'intéressera qu'aux ondes électromagnétiques, découvertes par Hertz en 1886.