La chimie se dote d’un spectromètre RMN hors pair
Un spectromètre de nouvelle génération, très attendu par les communautés scientifiques, a été inauguré le 4 janvier dernier à Lille. Dépassant les limites technologiques actuelles, il promet des découvertes importantes en chimie, physique, sciences des matériaux et biologie.
L’année 2023 s’annonce exceptionnelle pour la communauté des chimistes. Elle a débuté, en effet, par l’inauguration à Lille le 4 janvier, d’un spectromètre à résonance magnétique nucléaire de nouvelle génération. Cet instrument, conçu pour caractériser la structure et la composition des composés chimiques, est doté d’une sensibilité extraordinaire. Son champ magnétique atteint les 28 Tesla, correspondant à 1,2 GHz pour la fréquence de résonance du proton, soit 20% de plus que les appareils disponibles actuellement en France. « Il n’y a que six ou sept instruments de cette puissance dans le monde. Grâce à cet équipement, la France rejoint les pays les mieux dotés en spectroscopie RMN », se réjouit Dominique Massiot, ancien directeur de l’Institut de Chimie et l’un des initiateurs de ce projet.
Cet événement est le fruit d’une étroite collaboration entre acteurs nationaux, régionaux et européens. Le financement de l’instrument, 14,5 millions d’euros au total, repose sur un montage entre l’État, la Région Hauts-de-France, le Département du Nord, l’Europe, la Métropole Européenne de Lille, l’Université de Lille et le CNRS, qui a aussi assuré la maîtrise de l’ouvrage. Le spectromètre RMN a été conçu et développé par la société européenne Bruker.
Cet instrument permettra aux scientifiques de réaliser des expériences impossibles avec les moyens actuels. Si le plus grand bénéfice attendu dans un premier temps est le gain en résolution pour séparer les raies de résonance, capital pour certains spectres, « sa sensibilité extrême permet d’augmenter le rapport signal bruit et donc d’obtenir des résultats plus robustes et de pousser plus loin leur interprétation », explique Dominique Massiot, spécialiste de l’étude des matériaux inorganiques et hybrides par résonance magnétique nucléaire. La puissance des aimants du spectromètre ouvre de nouvelles perspectives scientifiques. « Les noyaux de certains éléments peu sensibles comme le Soufre, le Titane, ou le Magnésium. Pour les rendre visibles, il est nécessaire d’appliquer un champ particulièrement intense, comme celui fourni par cet instrument », ajoute Dominique Massiot. Ainsi, le nouveau spectromètre permettra d’accéder à des phénomènes chimiques peu étudiés.
De nombreux domaines profiteront de cet outil. Parmi ceux-ci, les sciences du vivant et de la santé. La spectroscopie RMN permet, par exemple, de caractériser la structure des protéines dans des conditions proches du vivant. Les chercheurs peuvent ainsi visualiser comment une protéine se replie au contact d’un ligand et comment sa nouvelle conformation évolue et se stabilise. La recherche sur la maladie d’Alzheimer ou la COVID-19 seront parmi les premiers champs d’application de l’instrument Lillois.
Autre domaine prioritaire d’application : les énergies propres. Le spectromètre permettra de caractériser et d’optimiser les matériaux qui conforment les électrodes des batteries. En étudiant la dynamique de charge et de décharge, ainsi que celle du vieillissement des matériaux, les chercheurs pourront mettre au point des batteries plus puissantes et durables.
L’éventail de recherches possibles grâce à cet instrument semble infini. Les chercheurs en sciences des matériaux pourront caractériser des ciments, des verres ou des zéolithes, ces matériaux ultra-poreux qui servent de catalyseurs à de nombreuses réactions. Les géologues, quant-à-eux, pourront analyser des échantillons magmatiques, tandis que, les chercheurs en sciences du patrimoine, pourront sonder les secrets des matériaux anciens.
« Ce spectromètre sera accessible à toute la communauté scientifique française grâce à son intégration au sein d’Infranalytics, une structure de recherche qui regroupe 23 équipements d’exception », commente Jean-Pierre Simorre, actuel directeur scientifique adjoint Plateformes et grandes infrastructures de l’INC, qui soutient aussi bien l’équipement qu’Infranalytics et a beaucoup œuvré pour son installation et sa visibilité depuis plusieurs années.
Le spectromètre d’exception fonctionnera 24h sur 24h tous les jours de l’année. On peut s’attendre à ce que la demande pour l’accès au spectromètre soit forte. « Pour l’utiliser, les équipes doivent soumettre leur projet au travers d’une plateforme en ligne. Une équipe d’experts sera chargée de les évaluer. Les chercheurs devront les convaincre qu’un champ magnétique de cette puissance est nécessaire à la réussite de leur expérience », conclut Dominique Massiot.
Les premières expérimentations pour calibrer le spectromètre et à affiner les méthodologies ont déjà commencé. Ainsi, l’année 2023 réserve des résultats scientifiques prometteurs grâce aux 1,2 GHz de cet instrument hors du commun.