La supraconductivité, comment transporter l’électricité indéfiniment

Ecrit par KapTech

17 mai 2021

Bien que difficilement atteignable, ses domaines d’applications en font une propriété très attrayante pour les physiciens. La supraconductivité permet de transporter de l’électricité sans aucune résistance électrique et donc sans perdre d’énergie. Mais comment peut-on rendre un matériau supraconducteur?

Tout d’abord, on peut noter que tous les matériaux ne sont pas supraconducteurs, parmis les alliages que l’on retrouve le plus fréquemment, il y a le NbTi (alliage de niobium et de titane) et le Nb3Sn (alliage de niobium et d’étain). On doit amener ces deux alliages à une température inférieure à -264°C pour le premier alliage et inférieure à -255°C pour le second pour pouvoir observer leur propriété de matériau supraconducteur. Ils sont surtout utilisés dans le domaine médical pour les IRM.

Un matériau supraconducteur est un matériau qui, une fois refroidi sous sa température critique, n’oppose plus aucune résistance à un courant qui le parcourt. De plus, il expulse les champs magnétiques dû à l’effet Meissner.

En fait, pour comprendre ce qu’il se passe, il faut regarder le phénomène à l’échelle atomique. La matière est constituée d’atomes, chaque atome est lui-même constitué d’un atome chargé positivement et d’un nuage d’électrons chargé négativement. Les électrons se repoussent entre eux, ils sont attirés par le noyau et gravitent autour de ce dernier. Les électrons se baladent donc dans le matériau et sautent d’atomes en atomes. C’est ce qu’on appelle le courant électrique.

Le problème c’est qu’au moindre défaut, les électrons se cognent entre eux, ralentissent et perdent de l’énergie qui se transforme en chaleur, c’est la résistance électrique. Quand on se rapproche du zéro Kelvin (-273,15°C), le mouvement des atomes est ralenti et les électrons s’associent en paire appelée paire de Cooper. Ces paires se déplacent de manière synchronisée ce qui à pour effet de former une onde nommée onde collective. Les atomes et les défauts du matériau sont alors bien trop petits pour perturber le déplacement de cette onde. Il n’y a plus de résistance électrique, le matériau est dit “supraconducteur”, il conduit le courant électrique sans plus aucune perte.

Le domaine principal d’utilisation des supraconducteurs sont les super-aimants. Un super-aimant est un fil d’une certaine matière que l’on va enrouler sur lui-même (faire un bobinage) et à travers lequel on va faire passer du courant. De plus en plus le courant est élevé, de plus en plus le champ magnétique créé par le bobinage est intense. Le problème c’est que la bobine peut fondre dû à sa résistance au passage du courant électrique. C’est là qu’interviennent les supraconducteurs, grâce à eux on peut faire circuler des courants extrêmement élevés sans que le matériau ne souffre de leur intensité.

Les super-aimants sont utilisés dans l’imagerie par résonance magnétique (IRM) par exemple pour pouvoir générer des champs magnétiques intenses qui permettent d’avoir des images plus précises des patients. Ou alors encore dans les accélérateurs de particules comme le LHC (Large Hadron Collider), où on doit dévier la trajectoire de deux faisceaux de particules à l’aide de champs magnétiques pour que ces deux faisceaux se rencontrent !  

La supraconductivité est une propriété fascinante qui restera très recherchée au vu de notre monde qui opte pour un demain électrifié.

Le KapTech

 

Sources:

https://fr.wikipedia.org/wiki/Supraconductivit%C3%A9#:~:text=La%20supraconductivit%C3%A9%20(ou%20supraconduction)%20est,de%20certains%20mat%C3%A9riaux%20dits%20supraconducteurs.

http://www.supraconductivite.fr/fr/index.php?p=supra-materiaux#:~:text=Parmi%20les%20supraconducteurs%20classiques%2C%20les,et%20%C3%A9tain)%20supraconducteur%20sous%2018

https://www.youtube.com/watch?v=mYe7GBB9e1w

https://www.youtube.com/results?search_query=effet+meissner

 

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