(h constante de Planck).
On en déduit que l’énergie magné-
tique ne peut prendre que certaines valeurs particulières : on dit encore que le niveau d’énergie normal E0 est
subdivisé en plusieurs sous-niveaux distincts appelés sous-niveaux Zeeman, qui correspondent à diverses valeurs de σz, c’est-à-dire à diverses orientations des vecteurs moments et . L’écart énergétique entre deux sous-niveaux Zeeman voisins vaut :
Une onde électromagnétique de fré-
quence ν peut produire la transition entre deux sous-niveaux Zeeman si ses photons hν sont égaux à la différence d’énergie correspondante (c’est la loi de Bohr) :
Les deux explications conduisent
bien à la même valeur pour la fréquence de résonance ; et encore au résultat suivant : les moments magnétiques d’une collection d’atomes tendent sous l’action de l’onde à se répartir également dans toutes les orientations de l’espace ; ou, ce qui revient au même, les atomes tendent à se répartir en nombres égaux entre les divers sous-niveaux Zeeman.
La première expérience de réso-
nance magnétique a été réalisée aux États-Unis en 1938 par Isidor Isaac Rabi (né en 1898). Il travaillait sur un jet atomique et utilisait le fait que les atomes appartenant aux divers sous-niveaux Zeeman ont des trajectoires différentes lorsqu’ils traversent un champ magnétique inhomogène : cette propriété permet de séparer sur une trajectoire particulière des atomes appartenant tous au même sous-niveau. Si on produit la résonance magnétique, beaucoup d’atomes quittent ce sous-niveau particulier et se dispersent alors sur de nouvelles trajectoires. On peut observer expérimentalement cette dispersion des atomes, qui met en évidence la résonance magnétique. L’expérience de Rabi a eu de très nombreuses applications. Elle a pu être étendue à l’étude de transitions atomiques indépendantes du champ magnétique, et utilisée dans les horloges* atomiques.
Mais le grand développement des
expériences de résonance magnétique est lié au développement des techniques d’observation radioélectriques mises au point à partir de 1945 par le Soviétique Ievgueni Konstantinovitch
Zavoïski (1907-1976) et par les Amé-
ricains Felix Bloch (né en 1905) et Edward Mills Purcell (né en 1912). Ces techniques reposent sur la propriété suivante : dans un échantillon de matière à l’équilibre thermique, conformément à la loi statistique de Boltzmann, les atomes se répartissent en plus grand nombre dans les sous-niveaux Zeeman d’énergie la plus faible (c’est-à-
dire que les moments magnétiques
sont orientés préférentiellement dans le sens du champ magnétique constant
). L’onde résonnante tend à égaliser la répartition des atomes, c’est-à-dire qu’elle fait passer un certain nombre d’atomes des sous-niveaux de faible énergie à d’autres sous-niveaux d’énergie supérieure. L’énergie moyenne de la collection d’atomes tend ainsi à augmenter aux dépens de celle de l’onde.
On mesure effectivement l’intensité de l’onde et on observe sa diminution au moment où se produit la résonance magnétique. La très grande sensibilité des appareils d’électronique utilisés pour détecter l’onde permet une observation facile du phénomène de résonance, bien que les inégalités de la répartition thermique soient souvent très faibles. Il peut arriver cependant que ces inégalités soient vraiment trop faibles pour conduire à une atténuation mesurable de l’onde. C’est le cas lorsque le champ magnétique B0 est très petit ; c’est aussi le cas lorsqu’on étudie des vapeurs sous faible pression, parce que le nombre d’atomes mis en jeu est relativement petit. On utilise alors des procédés qui permettent de créer de fortes inégalités, de répartition des atomes entre les sous-niveaux Zeeman. De manière imagée, on vide certains sous-niveaux Zeeman pour en remplir d’autres, comme une pompe qui ferait passer un liquide d’un réservoir à un autre ; cela explique le terme de méthodes de pompage*, utilisé par les physiciens. Ces méthodes utilisent le plus souvent une autre onde électromagnétique provoquant d’autres transitions résonnantes ; ce sont des expé-
riences de double résonance.
L’ensemble des expériences de ré-
sonance magnétique se subdivise en deux grandes classes selon l’origine électronique ou nucléaire des moments
magnétiques étudiés. Nous avons évo-qué jusqu’ici le cas des atomes, ions ou molécules dont les moments électro-downloadModeText.vue.download 85 sur 621
La Grande Encyclopédie Larousse - Vol. 17
9420
niques individuels ont une résultante globale non nulle ; c’est le cas des corps paramagnétiques ; et on parle alors de résonance paramagnétique électronique (R. P. E.).
Mais il existe de nombreux cas où le magnétisme résultant de l’ensemble des électrons est nul ; c’est le cas géné-
ral pour les molécules. On peut alors observer le magnétisme des noyaux d’atomes, habituellement masqué par le magnétisme électronique parce qu’il est environ mille fois plus faible. On parle alors de résonance magnétique nucléaire (R. M. N.).
Aux moments magnétiques nu-
cléaires mille fois plus faibles correspondent des rapports gyromagnétiques γ et donc des fréquences de résonance ν
également mille fois plus faibles. Dans un champ magnétique donné, les
fréquences de R. M. N. sont environ mille fois plus faibles que celles de R. P. E.
B. C.
Deux biographies
Sir Joseph Larmor, physicien irlandais (Magheragall, comté d’Antrim, 1857 - Hollywood, Irlande, 1942). Il a montré que les électrons possédaient une masse et expliqué le phénomène de résonance magnétique grâce au mouvement de rotation de l’atome sous l’action d’un champ magnétique (pré-
cession de Larmor).
Rudolf Mössbauer, physicien allemand (Munich 1929). Il a découvert en 1958
l’absorption par résonance des rayons gamma par certains noyaux d’atomes et le rayonnement qui en résulte (effet Mössbauer). Prix Nobel de physique en 1961.
respiration
Fonction procurant à l’organisme l’énergie dont il a besoin pour vivre, croître et se reproduire, et qui consiste en l’oxydation de molécules organiques à haut potentiel énergétique, qui sont dégradées avec libération d’eau, de gaz carbonique et d’énergie.
LA RESPIRATION ET
SES MODALITÉS
La respiration cellulaire
Grâce à l’activité photosynthétique des végétaux chlorophylliens, l’énergie solaire (dont tous les êtres vivants sont tributaires) est transformée et accumulée dans les cellules végétales, puis, secondairement et indirectement, dans les cellules animales sous forme de molécules organiques complexes à haut potentiel énergétique (glucides, lipides, protides). La libération de cette énergie nécessaire aux besoins des organismes se produit au cours du phénomène respiratoire, qui oxyde ces molécules et les dégrade en CO2, et H2O notamment. Ces oxydations sont toutefois extrêmement complexes et mettent en jeu des processus originaux qui, s’ils sont bien connus dans leurs principes, nous échappent encore par maint détail.
La phosphorylation oxydative
L’oxydation biologique d’une molé-
cule organique n’a en effet rien à voir avec une simple combustion
telle qu’elle peut être réalisée par les chimistes. Ainsi, l’oxydation du glucose ne peut être représentée par la simple équation :
Dans une cellule, cette réaction est décomposée en une cascade d’étapes successives qui constituent ce que les biologistes appellent le métabolisme intermédiaire. Au cours de ces multiples étapes, la molécule organique est progressivement dégradée par
oxydation, et de l’énergie est libé-
rée. Cette énergie n’est toutefois pas utilisée immédiatement à la synthèse de nouveaux composés. Elle est provisoirement stockée sous forme de composés phosphatés particuliers, les