QUADRUPOLAIRE NUCLEAIRE (RQN) DE MARQUEURS CHIMIQUES

QUADRUPOLAIRE NUCLEAIRE (RQN) DE MARQUEURS CHIMIQUES 

Contexte d’utilisation de la Résonance Quadrupolaire Nucléaire (RQN) 

Justification de l’utilisation de la RQN Dans l’industrie du bois, les informations relatives à l’origine de la matière concernent principalement la parcelle sur laquelle l’arbre a poussé. Afin de lier de manière définitive ces informations à la matière, nous avons vu qu’il est possible d’utiliser le paradigme proposé par Thomas : la matière communicante [Thomas, 2009]. Dans cette partie nous rappelons les bases de ce qu’est le paradigme du bois communicant et nous justifions l’utilisation de la RQN.  Le paradigme de matière communicante appliqué à l’industrie du bois Nous avons décrit les premiers essais qui ont mis en avant une possible réalisation de ce paradigme dans l’univers du textile [Kubler & al, 2011]. Les lés sont instrumentés avec des puces RFId disséminées dans l’ensemble du matériau afin de se rapprocher au plus près du concept de matière intrinsèquement communicante. Il est donc possible de lui offrir la capacité de stocker de l’information, de communiquer avec son environnement et, dans le cas où le matériau est découpé en plusieurs parties, de conserver ces capacités de stockage et de communication. Transposons ce paradigme à l’industrie du bois. Un arbre serait marqué pendant sa croissance en forêt. On le marquerait dans la masse et de telle sorte qu’il soit identifiable de manière unique. Il serait alors possible d’obtenir les informations sur l’origine de chaque individu d’une parcelle tout au long du cycle de vie du bois. Cela présenterait un avantage considérable pour les certifications de provenance qui pourraient ainsi spécifier les origines des produits. En poussant le paradigme un peu plus loin, le marquage pourrait être modifiable si, à partir de cette matière, de nouveaux objets sont créés dans le cadre de processus divergents. Il serait donc possible d’identifier chaque produit enfant sans avoir recours à une autre opération de marquage. Une telle solution permettrait d’avoir une identification pérenne et unique ainsi qu’un transfert et une conservation de l’information tout au long du cycle de vie de la matière. En conformité avec ces considérations, on peut rechercher les solutions possibles permettant de marquer le bois dans la masse de manière pérenne et unique.  Marquage et contrainte de taille Le marquage consiste à apposer sur le produit un élément d’identification de façon à obtenir l’ensemble des informations plus ou moins complexes qui lui sont liées. Le marquage est couramment utilisé dans l’industrie pour permettre le suivi des objets. Poussé à son paroxysme, le marquage permet l’identification unique de chaque produit et d’obtenir les informations qui leurs sont rattachées. En outre, pour que l’identification automatique soit possible au niveau industriel, il faut que la lecture soit rapide, robuste et unique. Pour le marquage dans la masse, plusieurs solutions ont été imaginées, mais il n’est guère raisonnable actuellement d’imaginer disséminer en masse des puces RFID dans le bois. Le bois est un matériau fibreux. Ses fibres sont un ensemble de cellules longitudinales appelées trachéides reliées entre elles par des ponctuations. Celles-ci sont les voies de communication principales et conduisent la sève brute du bas de l’arbre vers le haut. D’autres voies existent. Les canaux résinifères ou le parenchyme radial qui, respectivement, permettent le transport de la résine et constitue une voie de communication vers l’intérieur de l’arbre [Trouy-Triboulot & Triboulot, 2012]. L’ensemble de ces voies de communication possède des dimensions de l’ordre du micro au dixième de millimètre. (Jusqu’à 300µm de diamètre pour les canaux, et entre 15 μm et 35 μm pour les trachéides des résineux) [Guidoum, 2012]. Ce sont ces voies de communication de petites dimensions qui permettraient d’introduire le marquage dans le bois (figure 16) d’où la nécessité de trouver un marquage induisant des « médias » de petites tailles. 

Produits, matériels et méthodes

Afin de montrer la faisabilité du marquage dans la masse, nous avons réalisé des essais en vue de pouvoir détecter in situ des produits chimiques préalablement introduits dans un échantillon de bois. La réussite est loin d’être assurée et ce pour plusieurs raisons : – Tout d’abord, les produits introduits dans le bois peuvent interagir avec ce dernier ou avec d’autres composés. – Après introduction, les produits doivent recristalliser (condition sine qua non pour les détecter par RQN). – Si ces deux dernières conditions sont remplies, pour des raisons d’identification, il faut que les fréquences RQN n’aient pas été modifiées de façon significative. Afin de vérifier ces conditions, les échantillons de bois sont tout d’abord imprégnés avec une solution aqueuse contenant la (les) molécule(s) à identifier. Ils sont ensuite séchés suivant différentes méthodes afin de faire cristalliser les produits chimiques. Enfin, l’échantillon est placé dans la sonde RQN de façon à mesurer les caractéristiques du signal : fréquence, amplitude et largeur de raie. Cette partie a pour objectif de présenter les molécules choisies ainsi que le matériel et les protocoles expérimentaux utilisés de façon à procéder au marquage du bois.  Molécules utilisées et échantillons Pour marquer le bois, les produits retenus doivent être à l’état solide à température ambiante et pouvoir être solubilisés de préférence dans l’eau. La solubilité doit être importante pour qu’il y ait une quantité suffisante de molécules dans l’échantillon. Afin de prouver la faisabilité de la méthode, nous avons choisi des molécules azotées conduisant à des signaux intenses et bien définis en RQN de l’azote-14. Pour réaliser les imprégnations, deux composés azotés ont été retenus : le nitrite de sodium et l’HexaMéthylèneTétramine (HMT). Le nitrite de sodium de formule chimique NaNO2 est une molécule modèle utilisée en RQN de l’azote-14. Ce composé possède un paramètre d’asymétrie non nul et conduit donc à trois fréquences de résonance, (à 4.64MHz, 3.60MHz et 1.04MHz). D’un point de vue  biocompatibilité, c’est un produit qui, utilisé en faible quantité, sert de conservateur pour les aliments [Bonnard & al, 2001]. Cependant, en grande quantité, il devient néfaste pour l’environnement et l’être humain. Le tableau ci-dessous donne les valeurs de quelques propriétés intéressantes pour la suite de cet exposé.