LA SUPRACONDUCTIVITE 1, 2
La supraconductivit est la proprit que possdent certains matriaux deconduire le courant lectrique sans rsistance condition que leurtemprature soit infrieure une certaine valeur appele tempraturecritique (Tc). Ils s'opposent galement tout champ magntique externe.
Ce phnomne est aujourd'hui un enjeu international de premireimportance. De nombreux laboratoires sont en comptition traversle monde pour dcouvrir des matriaux supraconducteurs tempratureambiante. Depuis 10 ans, le phnomne n'est plus confin aux tempraturestrs basses et l'on manque d'une thorie expliquant ces nouvellesperformances.
Tout commena en 1911 par une dcouverte fortuite. Gilles HOLST,un lve du laboratoire du physicien Hollandais Kamerlingh ONNES,travaillant sur l'tude de la rsistivit du mercure la temprature deliqufaction de l'hlium, dcouvrit qu'elle s'annulait en dessous de 4,15 K.
Ce mme laboratoire accumulait les succs : trois annes auparavant, on yavait russi la premire liqufaction de l'hlium, atteignant alors la plusbasse des tempratures connues : 4,2 K , c.--d. 269 C.
On tudia tous les corps simples, et notamment les mtaux qui seprsentaient comme les meilleurs candidats supraconducteurs.Malheureusement, on s'aperut que tous n'taient pas supraconducteurs ;plus tonnant encore, les meilleurs mtaux (cuivre, or, argent) neprsentaient aucune trace de supraconductivit !
Rapidement, une liste des lments susceptibles dtre supraconducteursfut tablie.
Le niobium possdant la plus haute temprature critique (Tc = 9,2 K),on chercha obtenir des alliages base de niobium.
Aussi, parmi les composants "classiques" aux plus hautes tempratures,on trouve souvent des alliages contenant cet lment. Le nitrure de niobium(NbN) avec 17,3 K et le compos intermtallique Nb3Ge avec 23,3 K(il dtint le record jusqu'en 1986) en sont de trs bons exemples.
En avril 1986, le record tait battu. En effet, deux chercheurs dIBM Zurich,Johannes BEDNORZ et Alex MLLER, finirent par dcouvrir un nouveaucompos base de baryum, lanthane, cuivre et oxygne (que l'on noteraBa-La-Cu-O), un oxyde, qui devenait supraconducteur en dessous de 34 K !Mais ce n'tait qu'un dbut : 9 mois aprs, un compos base deY-Ba-Cu-O avec 92 K, puis en 1988 un autre base de Tl-Sr-Ca-Cu-O avec 1 par Rudi CLOOTS, Laboratoire de Chimie Inorganique Structurale, Univ. de Lige
quelque 125 K furent dcouverts. Le monde scientifique exultait !La barrire de la temprature de liqufaction de l'azote (77 K, -196 C) taitlargement dpasse.Une nouvelle vague de recherche frntique s'emparait du mondescientifique. Tous les espoirs de voir un supraconducteur tempratureambiante se rveillaient : les oxydes supraconducteurs se rvlaient de trsbons candidats avec de hautes tempratures critiques.Mais de nouveaux problmes se prsentaient. Dans la forme cramique laplus facile prparer, ces oxydes supraconducteurs "haute" tempraturevoyaient leurs capacits supraconductrices brides par un courant critique Icdcevant. Le gain en temprature ne se traduisait pas vraiment par un gainen performances...Aujourd'hui, la "course aux tempratures critiques" s'essouffle quelque peuau profit d'un souci de comprhension des phnomnes physiques auniveau atomique.Le record de temprature critique atteint aujourdhui 164 K (-109C) avecdes composs au mercure sous hautes pressions ; un facteur 7 a t gagnen 10 ans et on ne dsespre pas d'obtenir des supraconducteurs latemprature ambiante.Le diamagntisme dun supraconducteur peut tre mis en vidence par uneexprience spectaculaire.
Si un petit aimant est plac au-dessus dun supraconducteur, on observequil est en lvitation au-dessus du supraconducteur.
Lintense diamagntisme du supraconducteur repousse laimant, luipermettant ainsi de rester en suspension dans lair.
Mais quest-ce qui fait lintrt des supraconducteurs ?
Les conducteurs classiques, le cuivre par exemple, couramment utilissaujourdhui remplissent parfaitement leurs fonctions. Mais ils schauffent(pertes par effet Joule), et ce phnomne de pertes est incontournable.
Cet chauffement peut mme dans certains cas causer la perte pure etsimple du conducteur, c'est le fusible . De plus, les circuits magntiquesclassiques ont deux principales limitations : l'induction magntique cre estlimite (2 teslas), et leurs poids et encombrements sont plutt contraignants.
Une autre grandeur importante se trouve aussi limite dans les machineslectriques classiques : le couple, lequel est directement li la densitlinique de courant. Or cette dernire se trouve fortement limite par lespertes par effet Joule. On voit tout de suite l'intrt des machinessupraconductrices et les enjeux qu'elles reprsentent.
Bien que l'industrie lectrique ne soit pas prte adopter cette nouvelletechnologie des supraconducteurs qui constitue pour elle un grandchangement, il existe dj plusieurs applications de la supraconductivit.
La supraconductivit se retrouve dans plusieurs domaines, entre autresdans de nombreux domaines de recherche, en fusion nuclaire parexemple, en imagerie mdicale par rsonance magntique, dansle stockage d'nergie lectrique (les anneaux de stockage), dans lestransports (trains lvitation magntique mais aussi propulsionmagntohydrodynamique).
Ces applications constituent des applications grande chelle, car on entredans le domaine industriel, avec toutes les consquences conomiques quecela implique.
La supraconductivit a encore de beaux jours devant-elle, tant lintrt deschercheurs pour ce type de matriau ne cesse de crotre. Aucune thoriesatisfaisante nexiste lheure actuelle et les matriaux cramiques nousrservent encore de nombreuses surprises.
Ainsi la dcouverte rcente de proprits supraconductrices dans unmatriau de formulation simple, MgB2, dont les caractristiques physiques etchimiques constituent un nouveau dfi dans la comprhension de cephnomne trs trange mais combien envotant, relance lintrt deschercheurs et des industriels.
Ils permettent des laboratoires comme celui du LCIS de lU.Lg. depoursuivre cette folle aventure dune recherche de haut niveau sur un sujet combien passionnant.
