Jambon de Donhee, Professeur Gordon McKay de génie électrique et de physique appliquée, a reçu 1,7 million de dollars de l'Agence des projets de recherche avancée du département de l'Énergie des États-Unis (ARPA-E) pour développer une électronique miniaturisée de résonance magnétique nucléaire (RMN). La petite taille et le faible coût des appareils se prêtent à un large déploiement dans le sous-sol profond de la Terre, permettant l'imagerie des formations rocheuses pour l'exploration pétrolière et gazière.

La RMN est une technique qui perturbe les protons dans une molécule pour glaner des indices importants sur sa structure et son mouvement. Il peut identifier des substances inconnues, détecter de très légères variations de composition chimique avec une résolution atomique, et mesurer comment les molécules se déplacent et interagissent, ce qui en fait un outil essentiel en chimie organique, biologie structurale, et la découverte de médicaments.

Depuis les années 1990, La RMN a été un outil essentiel pour l'exploration pétrolière dans l'industrie pétrolière et gazière. Il est utilisé pour examiner les compositions des fluides ainsi que les interactions moléculaires entre les surfaces rocheuses et les fluides et a permis de découvrir de grands réservoirs de pétrole et de schiste au Brésil et aux États-Unis.

Cependant, l'électronique RMN actuelle utilisée dans la découverte de pétrole et de gaz est encombrante, lourd et cher. Ils mesurent plus de 12 pieds de haut et pèsent plus de 200 livres. Ham et son équipe cherchent à changer cela en intégrant l'électronique RMN encombrante dans une puce semi-conductrice qui peut être tenue dans la paume d'une main.

"De telles petites électroniques RMN peuvent être beaucoup plus largement diffusées dans les formations géologiques, permettant une surveillance distribuée à long terme du sous-sol terrestre, transformer la découverte et la production de pétrole dans les champs matures, champs d'eau profonde, et les réservoirs de pétrole/gaz non conventionnels, " a déclaré Ham. " Une telle surveillance distribuée est comme l'imagerie du sous-sol de la Terre, tout comme les mêmes images de physique RMN à l'intérieur du corps humain en IRM."

Au cours des 10 dernières années, Ham et son équipe ont réduit les appareils RMN pour la détection biomoléculaire de diagnostic portable et la spectroscopie biomoléculaire à l'aide de la technologie des circuits intégrés au silicium, la technologie responsable des microprocesseurs informatiques. Le présent projet s'appuie sur cette expertise.

Le nouveau défi pour les applications souterraines profondes consiste à fabriquer des composants électroniques à l'échelle des puces capables de résister aux températures élevées de l'environnement souterrain. Les circuits intégrés en silicium de génération actuelle ne sont pas taillés pour de telles applications à haute température. Pour surmonter ce défi, Ham et son équipe utiliseront la technologie des circuits intégrés au nitrure de gallium (GaN), ce qui non seulement aide à la miniaturisation, mais permet également au système de fonctionner à des températures élevées.

En plus de la découverte souterraine de pétrole et de gaz, ce dispositif RMN miniature pourrait être largement diffusé pour surveiller la qualité et améliorer l'efficacité des éléments en aval de la chaîne énergétique, incluant les frais de transport, canalisation, mélange, raffinerie, espace de rangement, et diffusion.

Cette recherche fait partie d'une collaboration continue avec Schlumberger, l'une des plus grandes sociétés de services pétroliers au monde. Le financement se fait via le programme ARPA-E OPEN, qui vise à identifier de nouvelles technologies potentiellement perturbatrices dans tout le spectre des applications énergétiques.