L’aventure de cet aimant géant démarre au CEA dès 2000 avec le projet de construction d’un centre de recherche en neuroimagerie en champ magnétique intense, NeuroSpin, pour accueillir l’aimant à 11,7 T, destiné à l’exploration du cerveau humain, imaginé par des physiciens, des biologistes et des spécialistes des neurosciences. Il est le cœur d’un scanner IRM unique au monde qui permettra, grâce à son haut champ magnétique, d’obtenir des images du cerveau 100 fois plus précises qu’avec les imageurs actuels, que l’on trouve dans les hôpitaux, dont le champ magnétique est de 1,5 T ou 3 T.

 
Un instrument hors norme

La réalisation de cet aimant de cinq mètres de long, sur cinq mètres de diamètre et pesant plus de 130 tonnes est une prouesse technologique. Les ingénieurs chercheurs du CEA, au sein de l’institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu), ont dû redoubler d’inventivité pour concevoir une bobine dans laquelle circule un courant d’une très grande intensité, de l’ordre de 1 500 ampères, et générant ainsi un champ magnétique de 11,7 T. Seules les propriétés physiques de la supraconduction permettent d’atteindre une intensité aussi élevée. Les 182 kilomètres de fil supraconducteur, en alliage nobium-titane, sont enroulés sur 170 « double galettes ». Elles sont ensuite assemblées entre elles pour former un « conduit » de 90 centimètres d’ouverture au sein duquel le champ magnétique sera de 11,7T. Le volume au cœur de l’aimant permettra l’imagerie du corps entier du patient.

Les ingénieurs du CEA ont également dû mettre un place un système de bobinage qui génère un contre-champ magnétique afin de confiner le champ magnétique principal dans la salle d’examen. Ces bobines, dites de blindage actif, entourent l’aimant principal et permettent de limiter la zone d’exposition au champ à quelques mètres autour de l’IRM.
L’utilisation de la supraconduction implique que le matériau utilisé soit refroidi en continu à une température la plus proche possible du zéro absolu (0 K) pour permettre au courant de circuler sans frottement et sans échauffement. Ainsi, l’aimant du projet Iseult  est maintenu à 1,8 K (soit – 271,35°C) grâce à un bain d’hélium liquide, dit superfluide.   

La conception de cet aimant repose sur le savoir-faire des ingénieurs chercheurs du CEA-Irfu issu de l’expérience qu’ils ont acquise dans le développement d’aimants pour de grands instruments de la physique des hautes énergies comme les accélérateurs et les détecteurs de particules (par exemple le détecteur Altas installé au  Large Hadron Collider du CERN) ou encore les réacteurs expérimentaux de fusion nucléaires (comme le réacteur West à Cadarache).

Rappel sur le principe de l’IRM

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) permet l’obtention d’images en 2D ou 3D des tissus mous (comme les muscles ou le cerveau). Elle repose sur les propriétés magnétiques des noyaux d’hydrogène présents dans les molécules d’eau du corps humain. Lorsque le patient entre dans l’appareil IRM, les atomes d’hydrogène vont se comporter comme des aimants et s’orienter dans la direction du champ magnétique. L’antenne que l’on place sur la partie du corps étudiée, permet de modifier l’orientation des atomes qui, au moment où ils retournent dans leur position initiale, vont émettre une fréquence radio sous la forme d’une onde. C’est cette dernière qui est à l’origine des images obtenues car elle renseigne sur la nature des tissus. Cette technique d’imagerie médicale n’est pas invasive et ne nécessite pas l’utilisation de source radioactive, contrairement à la radiologie ou le scanner.

Parcours de l’aimant entre Belfort et Saclay

Du fait des dimensions et du poids de l’aimant, et afin de limiter au maximum les vibrations, la majeure partie du voyage s’effectuera par voies fluviale et maritime. Ainsi, le convoi quittera les usines de montage de Belfort le 4 mai pour rejoindre Strasbourg par la route où l’aimant sera transféré sur une barge. Le convoi circulera le long du Rhin pour atteindre le port de Rotterdam aux Pays-Bas où il sera embarqué sur un navire maritime pour rejoindre le Havre. De nouveau, il sera installé sur une péniche pour naviguer sur la Seine jusqu’à Corbeil-Essonnes. La dernière partie du voyage jusqu’à Saclay se fera via un transport routier.    

 

Les enjeux de l’IRM à 11,7 T pour la connaissance du cerveau

Outre les défis technologiques qu’il représente, cet IRM à très haut champ est aussi une promesse d’avancées majeures pour les neurosciences et la recherche médicale. En effet, le gain en résolution des images obtenues par IRM est un atout essentiel pour mieux observer et donc mieux comprendre le fonctionnement du cerveau. Ci-dessous un exemple de l’étude sur l’hippocampe, partie du cerveau impliquée dans la mémoire et touchée précocement dans la maladie d’Alzheimer.

Sur le plan anatomique, des zones impliquées dans d’autres maladies neurodégénératives, comme la maladie de Parkinson, pourront être mieux observées et ainsi conduire à un diagnostic plus précoce. L’IRM à très haut champ permettra également d’obtenir des images plus détaillées des structures et réseaux cérébraux impliqués dans les fonctions cognitives (parole, lecture…) chez le sujet normal, ce qui mènera à une meilleure compréhension de ses dysfonctionnements entraînant notamment des maladies psychiatriques comme la schizophrénie ou l’autisme.