Quest-ce que la supraconductivité ?

La supraconductivité est une partie intéressante de la physique qui a des utilisations dans de nombreux facteurs de notre vie. Si les scientifiques pouvaient découvrir un supraconducteur à température et pression ambiantes, cela révolutionnerait la technologie. Malheureusement, cela s'est avéré être une tâche très difficile et ce n'est peut-être pas possible du tout.

Qu'est-ce que la supraconductivité ?

Un conducteur électrique est un matériau qui peut conduire l'électricité. Chaque matériau a sa propre résistance électrique qui est une mesure de son opposition au passage d'un courant électrique. Un matériau à haute résistance est un mauvais conducteur et vice-versa.

La supraconductivité est un phénomène physique où un matériau a une résistance électrique nulle. Dans cet état, il y a un certain nombre d'effets intéressants et utiles. Un supraconducteur sans résistance signifie qu'un courant électrique peut le traverser sans jamais perdre d'énergie ni le chauffer. Cela peut permettre une transmission et un stockage d'énergie parfaitement efficaces.

Les supraconducteurs peuvent également créer des aimants exceptionnellement puissants, des exemples peuvent être trouvés dans les machines IRM et dans les accélérateurs de particules. Des expériences ont montré que les courants électriques dans ces aimants peuvent persister pendant des années sans aucune diminution mesurable de la force. Les recherches suggèrent que le courant serait stable pendant au moins 100 000 ans, certaines estimations prédisant que le courant pourrait persister plus longtemps que la durée de vie estimée de l'univers.

Lorsqu'ils sont placés sur un aimant, les supraconducteurs forment un champ magnétique égal qui repousse l'aimant. Cela permet aux supraconducteurs de léviter parfaitement au-dessus ou au-dessous d'un aimant ou même le long d'une piste d'aimants.

Exigences de la supraconductivité

Un matériau ne devient supraconducteur qu'en dessous d'une certaine température, où sa résistance électrique tombe soudainement à zéro. Malheureusement, tous les supraconducteurs connus ne deviennent supraconducteurs qu'à des températures extrêmement froides. Un supraconducteur « haute température » est défini comme un matériau qui se comporte comme un supraconducteur au-dessus de la température de l'azote liquide (73K ou -200°C). La température exacte à laquelle la résistance électrique d'un matériau tombe à zéro est appelée « température critique ».

Astuce : Les éléments de physique particulièrement froids sont généralement mesurés en Kelvin (K). Un Kelvin équivaut à un degré Celsius, mais l'échelle Kelvin commence au zéro absolu, soit -273,15 °C.

Le supraconducteur à la température la plus élevée découvert, en 2020, est Hg12Tl3Ba30Ca30Cu45O127 qui a une température critique de 138K ou -135°C à une atmosphère de pression.

La température n'est pas le seul facteur important dans la supraconductivité, la pression joue également un rôle dans un certain nombre de supraconducteurs. Le sulfure d'hydrogène (H2S) a une température critique de seulement 203K (-70°C), et le décahydrure de lanthane (LAH10) a une température critique de 250K (-23°C). Malheureusement, ces matériaux doivent être à des pressions incroyablement élevées pour devenir supraconducteurs, le H2S nécessitant 986 923 atmosphères de pression et LaH10 nécessitant 1 677 770 atmosphères.

Conseil : La pression sur cette échelle est généralement mesurée en GPa ou en giga-pascals, les nombres étant respectivement de 100 GPa et 170 GPa. Pour aider à rendre cette valeur plus compréhensible, elle a été convertie en atmosphères. Une atmosphère de pression est la pression atmosphérique moyenne au niveau de la mer sur Terre. À titre de comparaison, la pression au point le plus profond des océans de la Terre, le Challenger Deep dans la fosse Mariana, est de 1 071 atmosphères à 10 994 mètres sous le niveau de la mer.

Utilisations futures potentielles des supraconducteurs à température ambiante

Le terme « supraconducteur à température ambiante » est utilisé pour désigner de futurs matériaux potentiels qui présentent une supraconductivité à des températures supérieures à 273K ou 0°C. Pour devenir particulièrement utiles dans le monde réel, ces matériaux devraient également être supraconducteurs à ou près d'une atmosphère de pression.

Un supraconducteur à température ambiante contribuerait à réduire les problèmes énergétiques mondiaux en éliminant presque l'énergie électrique perdue lors de la transmission à longue distance sur les lignes électriques. Ils permettraient également des ordinateurs et des dispositifs de stockage de mémoire plus rapides ainsi que des capteurs scientifiques plus sensibles. Il deviendrait beaucoup moins cher de faire fonctionner les aimants super puissants utilisés dans des appareils tels que les accélérateurs de particules, les machines IRM, les prototypes de réacteurs à fusion nucléaire et les trains maglev, car les aimants n'auraient pas besoin d'azote liquide pour refroidir suffisamment le supraconducteur pour fonctionner.