Le Spectromètre Imageur par Résonance Magnétique du LMSGC, mis en service en 1999, est un appareil de conception similaire aux appareils médicaux, mais entièrement dédié à l'étude des matériaux et des problématiques du génie civil, ce qui constitue une situation tout à fait originale en France. Il offre, sur certains échantillons, un moyen de mesurer de manière non perturbatrice des informations généralement difficiles à obtenir via d'autres méthodes (par exemple : répartition d'un liquide dans un milieu poreux, champ de vitesse dans un objet en déformation ou un fluide en écoulement), jetant ainsi sur certaines expériences 'traditionnelles' un éclairage nouveau. Les caractéristiques de l'IRM (diamètre d'ouverture de 40cm, volume de zone imagée de l'ordre de 15x15x15cm3) rendent possible l'insertion de dispositifs expérimentaux autour des échantillons. Sa configuration verticale lui donne caractère de prototype, et autorise l'étude de mouvements de chute et/où de phénomènes pilotés par la gravité. Une grande originalité de cet équipement est qu'il est adossé à des laboratoires utilisateurs, permettant ainsi des collaborations suivies de projets de recherche conduisant à de véritables progrès reconnus par les communautés scientifiques concernées.

Les mesures combinent spectroscopie RMN et imagerie, et permettent de visualiser la distribution spatiale de diverses propriétés d'un matériau : densité de liquide, vitesse de déplacement, interactions des phases solide et liquide, etc. Dans ce contexte les objectifs actuels de l'IRM sont :

• l'étude des propriétés des matériaux fluides complexes en cours d'écoulement (notamment boues de forage, boues naturelles, pâtes de ciment, milieux granulaires, mousses, émulsions, etc) ;
  

• - l'étude des phénomènes de transport de liquide ou d'ions, de changement de phase, ou de vieillissement au sein des milieux poreux (bétons, roches, sable, etc).
  

Comme pour l'ensemble des activités du LMSGC, le domaine d'application privilégié de ces recherches est le génie civil et l'environnement sans toutefois écarter l'étude de matériaux analogues d'autres domaines (agro-alimentaires, cosmétiques) pour lesquels une installation équivalente n'existe pas en France.

Contrairement à l'imagerie médicale les techniques expérimentales (séquences IRM) et de traitement de données adaptées aux matériaux hétérogènes du génie civil ne sont pas standards et leur mise au point constitue un travail de recherche en soi. L'axe de recherches IRM doit donc mener un double travail (i) d'application de la technique, voire de " prestation de service ", en réalisant des campagnes de mesures pour des acteurs internes ou externes au laboratoire, et (ii) de recherche en IRM, qui a pour but de développer les méthodologies nécessaires à l'utilisation de l'appareil pour l'étude de matériaux hétérogènes, granulaires ou poreux. Dans certains cas il est difficile de séparer la part du temps consacrée à des développements de celle consacrée aux applications, car celles-ci contribuent à orienter et inspirer les développements.

Dans les années à venir l'activité IRM se développera selon trois axes principaux :

1) La rhéologie des matériaux fluides (liquides, pâtes ou granulaires), activité associée à celle de l'axe " Rhéophysique " du LMSGC, d'ores et déjà très avancée grâce à construction d'un rhéomètre insérable dans l'IRM. L'intérêt de l'IRM est de permettre une étude locale du comportement des matériaux pâteux essentielle pour aller au-delà des études macroscopiques habituelles qui peuvent s'avérer insuffisantes. Cette activité a contribué à l'obtention de plusieurs contrats et a permis la découverte de nombreux phénomènes. Elle peut désormais s'appuyer sur des protocoles " standards " de rhéométrie par IRM des matériaux pâteux ou granulaires. Diverses applications nouvelles sont envisagées pour les prochaines années (cf. Axe rhéophysique). Elles pourront bénéficier de nombreux progrès (développements) encore attendus dans ce domaine :

• mesure précise des champs de vitesse sur des temps courts, pour étudier plus finement la transition solide-liquide, ou pour observer les déformations de matériaux pâteux en cours d'extrusion ou d'écrasement ;
  

• observation couplée du champ de vitesse et de la distribution de densité pour les pâtes granulaires en écoulement

• compréhension des phénomènes d'interface (glissement, localisation ou interaction du fluide avec la paroi)
  

• interprétation des temps de relaxation des pâtes et lien avec la thixotropie

2) L'étude des évolutions (transport, changement de phase, etc) des liquides dans les matériaux solides poreux (sols, roches, ciments, bétons). Ce domaine englobe tout autant les phénomènes de transport et de transition de phase (imbibition, séchage, drainage, transport de sels dissous…), que l'étude des matériaux eux-mêmes (caractérisation du réseau poreux, évolution de ce réseau sous l'action de divers facteurs), le fluide étant alors utilisé comme sonde. Cette thématique est vaste et pose de nombreux problèmes techniques qui nécessitent un investissement important en termes de développements IRM. Les résultats obtenus concernent essentiellement la caractérisation de l'état hydrique de pâtes de ciment (cycles imbibition-séchage, évolution de la pâte en cours de prise), avec des collaborations avec l'axe " poreux " et l'université d'Evry, et le drainage ou le séchage au sein de colonnes poreuses modèles, notamment au travers d'une collaboration avec l'université de Marne la Vallée portant sur la validation de modèles de transport. Dans les années à venir les principales applications concerneront : (i) l'étude de la distribution de liquide et l'interaction solide-liquide au sein du béton au jeune âge, avec pour objectif de mieux comprendre l'origine des hétérogénéités au sein du béton durci ou caractériser sa texture, notamment en collaboration avec l'axe " Poreux ", le Service PCM du LCPC, et l'université d'Evry mentionnés plus haut ; (ii) l'étude du transport de sels dans les pierres de monuments en collaboration avec l'équipe " poreux " du LMSGC et le Laboratoire de Recherches sur les Monuments Historiques (Champs sur Marne).

De façon générale un effort important de développement sera mis en œuvre pour aboutir à une meilleure caractérisation quantitative de la distribution de densité de la phase liquide au sein des poreux et la mise au point de mesures fournissant des informations précises sur la présence d'ions ou les interactions solide-liquide.

3) Un troisième axe de travail verra le jour avec la mise en place d'un appareil triaxial insérable dans l'IRM. Cet appareil permettra d'étudier l'évolution des propriétés des matériaux poreux lors de sollicitations mécaniques et les champs de déformation de pâtes en cours d'extrusion. Des applications principalement dans le domaine de la micromécanique et de la rhéophysique sont donc attendues. De nouveaux développements techniques IRM devront alors permettre d'effectuer les mesures adaptées à ces nouvelles situations (notamment faibles déformations).

Les résultats obtenus ces dernières années peuvent être consultés dans les rapports d'activité.