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Accueil du site > Thèmes de recherche > Supraconducteurs à haute température critique > Les supraconducteurs : leur rôle aujourd’hui et pourquoi les étudier

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Les supraconducteurs : leur rôle aujourd’hui et pourquoi les étudier.

Les supraconducteurs sont l’équivalent électronique des lasers. Dans les deux cas la cohérence quantique est à l’origine du phénomène. Pour le cas du laser, les photons issus de l’émission stimulée sont tous “synchronisés”, conférant ainsi au faisceau laser une puissance, un focus, et un spectre inégalable par l’ampoule électrique. Autant de propriétés uniques au laser qui en font un outil indispensable aussi bien dans l’industrie que dans la recherche fondamentale afin de manipuler la lumière et la matière. Dans un supraconducteur, la cohérence quantique s’effectue au niveau électronique : ce sont les électrons, appareillés en paires dites de Cooper, qui forment cette fois-ci un état cohérent. De cette cohérence électronique émerge deux phénomènes spectaculaires. Le premier est celui qui donne son nom à ces matériaux : la supraconductivité, le transport électrique sans perte, ou, pour le cas d’une boucle de courant, le mouvement perpétuel. Cette propriété est déjà exploitée dans les machines IRM (Imagerie par Résonance Magnétique) dans lesquelles un grand anneau abrite une bobine supraconductrice dans laquelle un courant électrique circule sempiternellement afin de générer un champ magnétique de 2 à 6 T. La seconde propriété, encore plus spectaculaire, est l’effet Meissner. Lorsque plongé dans un champ magnétique, un supraconducteur devient un matériau diamagnétique parfait, expulsant les lignes de champs magnétiques en son sein, permettant le phénomène de lévitation (voir figure ci-contre). Cette propriété de diamagnétisme peut-être exploitée afin de produire des trains à lévitation magnétique, comme le train japonais Maglev reliant Tokyo à Osaka a une vitesse de croisière de 500 km/heure.

Figure 1 : Aimant conventionnel en lévitation au-dessus d’un supraconducteur refroidi en-dessous de sa température critique Tc

Les supraconducteurs peuvent aussi apporter des solutions techniques nouvelles à des problèmes modernes de plus en plus alarmant. Avec la densification urbaine, l’augmentation des besoins en énergie, et la nécessité de transporter cette énergie, de plus en plus issue de zones hostiles, loins des grands centres urbains, où règnent vents, marrées et radiations solaires intenses, les supraconducteurs permettent de transporter l’énergie électrique avec des pertes négligeables, sur de grandes distances, et de manière beaucoup plus compacte (voir figure ci-contre). Plusieurs entreprises tels que American Supercondutor aux États-Unis ou Nexans en Europe se sont lancées dans la conception et la production de câbles supraconducteurs dont certains ont déjà intégrés le réseau de distribution électrique dans un projet de démonstration à Long Island, NY. La faisabilité d’une telle technologie est donc démontrée. Cependant, l’inconvénient de la supraconductivité est qu’elle n’apparaît qu’à basse température. Les câbles de Long Island sont ainsi refroidis à la température d’ébullition de l’azote soit T = 77 K (-196°C). La supraconductivité est en effet un phénomène apparaissant sous une température critique Tc. Le record de la plus haute Tc est détenue par une famille de matériaux à base d’oxyde de cuivre, appelée cuprate. Les cuprates, découverts il y a bientôt 25 ans, restent un des plus grand mystère de la physique contemporaine. Le mécanisme donnant lieu à la supraconductivité dans ces matériaux reste en effet inconnu. C’est ici que s’inscrit notre recherche, dans la quête de solutions aux mystères posés par la supraconductivité à haute température. Cette recherche permettra à terme de déterminer quels sont les ingrédients pertinents qui favorisent une haute température critique. Une fois cette connaissance acquise, il sera possible d’envisager la conception de nouveaux matériaux, dont la structure et les propriétés électroniques seront choisies afin de maximiser la température critique, et ainsi d’amener la supraconductivité à la température ambiante. Pour que ces matériaux voient le jour, nous nous concentrons actuellement à comprendre au travers d’expériences en champ magnétiques intenses le mécanisme de la supraconductivité à haute Tc dans les cuprates. Voici un très bref résumé de notre méthode de travail et de nos résultats de recherche.

Figure 2 :Comparaison de l’encombrement entre une ligne haute tension conventionnelle et un câble supraconducteur fournissant la même puissance (adaptée d’American Superconductor - présentation IREQ 2009).