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Projet CRYOS: CRYO-free System for epr

Responsables : Laurent Binet (laurent.binet@chimieparistech.psl.eu) et Nadia Touati (nadia.touati@chimieparistech.psl.eu)

Laboratoire porteur : Institut de Recherche de Chimie Paris (IRCP), UMR CNRS 8247, Chimie-ParisTech – Université PSL

1. Description du projet La Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) est une spectroscopie permettant la détection et l’étude d’espèces paramagnétiques. Celles-ci sont omniprésentes dans les matériaux du patrimoine comme les ions de transition dans les pigments, les radicaux libres dans les liants organiques ou encore les matières premières. Ces dernières présentent des impuretés paramagnétiques qui peuvent servir de traceurs et permettre de remonter à leur provenance. Par ailleurs, un objet patrimonial lors de sa fabrication et de son évolution ultérieure, subit des transformations et les espèces paramagnétiques observées par RPE sont autant de marqueurs des processus physico-chimiques de sa fabrication ou de son altération. La RPE est donc d’un apport précieux dans de nombreuses problématiques touchant aux sciences du patrimoine. L’Institut de Recherche de Chimie-Paris (IRCP, UMR CNRS 847) dispose d’une plate-forme de RPE et de double résonance électronique et nucléaire (ENDOR) opérant en onde continue à deux fréquences (bande X, 9,5 GHz et bande Q, 34 GHz). Elle fait actuellement l’objet d’une montée en gamme via l’implémentation de techniques RPE avancées, permettant de pratiquer la RPE impulsionnelle. Ces techniques vont permettre d’augmenter la résolution et d’accéder à des informations précises et plus fines sur l’environnement chimique des espèces étudiées. L’utilisation de la RPE qu’elle soit en onde continue ou impulsionnelle, pour la grande majorité des espèces paramagnétiques, ne peut être faite qu’à très basse température (quelques Kelvins ou au mieux quelques dizaines de Kelvins). Actuellement, la plateforme RPE est équipé d’un système de refroidissement par l’hélium liquide mais cela engendre des coûts de fonctionnement excessivement élevés en raison du prix prohibitif de l’hélium liquide, ce qui restreint considérablement l’application de la RPE aux sciences du patrimoine. Cependant, des solutions alternatives permettant de s’acranchir de l’usage d’hélium liquide sont maintenant disponibles et adaptées aux spectromètres RPE. Il s’agit des systèmes dits « cryo-free » basés sur la compression-détente d’hélium gazeux en circuit fermé pouvant atteindre des températures de quelques Kelvins. Le projet porte donc sur l’acquisition d’un système de cryogénie de type cryo-free pour la plate- forme RPE de l’IRCP et permettre ainsi l’application de la RPE à un maximum de thématiques dans le domaine du patrimoine.

2. Accès Cette plate-forme est répertoriée à la Fédération des Sciences Analytique du Patrimoine et à ce titre, ouverte à la communauté des sciences du patrimoine et en particulier, à celle du DIM PAMIR.