Supraconductivité

INUTILE DE RÉSISTER !

Un dossier préparé par Barbara Gineau-Delyon
Avec l'aide de Victoire de Saléon et Achille Petit

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Comment ça marche ?

Les matériaux supraconducteurs à la loupe

Comment fabriquer un super aimant ?

Au fil du temps

Retour vers le futur !

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La supraconductivité permet, entre autres, de faire léviter des objets ! C'est Walther Meissner, un physicien allemand, qui découvrit en 1933 cet effet qui aujourd'hui porte son nom : l'effet Meissner. Avec son associé Robert Ochsenfeld, il expérimente la lévitation avec un barreau de métal pur. Les deux chercheurs comprennent que ce dernier est imperméable aux champs magnétiques. Et cette expulsion est à l'origine du phénomène de lévitation.
En 1935, 24 ans après la découverte des supraconducteurs, personne ne sait encore expliquer leurs étranges propriétés. Ce sont les frères physiciens Fritz et Heinz London qui furent les premiers à proposer une théorie expliquant l'effet Meissner, qui provoque d'impressionnantes lévitations. Ils montrent que c'est l'absence de résistance électrique dans le matériau qui empêche le champ magnétique d'y pénétrer en profondeur. En repoussant ainsi le champ magnétique, le matériau supraconducteur lévite au-dessus de l'aimant ! Cette théorie, bien qu'incomplète, permettra de grandes avancées dans la compréhension des supraconducteurs et de leur comportement.
Tourner en rond vous fait peur ? Figurez-vous que dans un laboratoire français, un courant électrique tourne en rond depuis plus de 30 ans ! Eh oui, en 1981, un courant a été lancé dans une bobine supraconductrice, c'est-à-dire des fils électriques supraconducteurs embobinés. Une fois le courant lancé dans la bobine, les deux extrémités du fil électrique ont été reliées. On dit que la bobine est fermée en court circuit sur elle-même. Et comme avec la supraconductivité il n'y a plus de pertes d'énergie, le courant qui circule à l'intérieur ne « s'arrêtera » jamais : c'est un courant perpétuel ! Depuis, ce principe est utilisé afin de stocker de l'électricité : dès qu'on en a besoin, il suffit de récupérer une partie du courant.

Ailleurs c’est comment ?

Les applications de la supraconductivité

Bertrand Baudouy, Claude Fermon et Pierre Védrine, chercheurs au CEA

Alain Sacuto, physicien des supraconducteurs à l’Université Paris VII

Un matériau supraconducteur n'a aucune résistance électrique, c'est-à-dire qu'il conduit le courant sans perdre d'énergie. Or, 10 % de l'électricité produite est actuellement perdue dans le transport, à cause de la résistance des câbles électriques. Alors pourquoi ne pas faire des câbles en matériaux supraconducteurs ? Ceux-ci permettent de transporter 3 à 5 fois plus d'électricité que les lignes électriques ordinaires. L'une de ces lignes électriques, située à Long Island aux Etats-Unis, peut transporter une puissance de 574 mégawatts, soit la puissance de 287 éoliennes réunies ! C'est le plus puissant câble électrique supraconducteur au monde.
Le Maglev est un train japonais qui se déplace en lévitation sur un rail. Et ce drôle de nom lui vient de l’anglais « magnetic levitation » qui signifie « lévitation magnétique ». Il utilise pour cela le phénomène de la supraconductivité. Le Maglev a de nombreux avantages : puisqu'il ne touche pas les rails, il n'y a pas de frottements, donc ni secousses, ni bruit, ni usure. Et surtout, il va très très vite : jusqu'à 603 km/h. Un record !
Les calculs des ordinateurs que nous utilisons actuellement se font à partir d’une association de valeurs 0 ou 1, appelées « bits ». Or, les lois de la physique quantique permettent à une particule de se trouver dans plusieurs états à la fois. Un « ordinateur quantique » utiliserait donc des « qubits » pour « bits quantiques » pouvant prendre plusieurs valeurs en même temps. Les qubits permettraient donc d'effectuer énormément de calculs simultanément, et plus rapidement qu'avec un ordinateur classique. Mais pour l’instant on cherche encore comment fabriquer ces qubits. Et parmi les candidats, se trouvent les paires d'électrons présentes dans les supraconducteurs…

La supraconductivité va-t-elle changer notre quotidien ?

Bertrand Baudouy, physicien des très basses températures au CEA

Alain Sacuto, physicien des supraconducteurs à l’Université Paris VII

  • Qu'est-ce qui empêche la supraconductivité d'investir notre vie quotidienne ?

  • Quelles découvertes permettraient à la supraconductivité d'entrer dans notre quotidien ?

  • Les supraconducteurs pourront-ils un jour fonctionner à température ambiante ?

  • Et si on y arrive... Comment se déplacera-t-on ?

  • Et si on y arrive... A quoi ressembleront nos ordinateurs ?

  • Les chercheurs rêvent-ils déjà de ce monde de supraconducteurs ?

Et vous alors ?

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Qu'est-il possible de faire avec la supraconductivité ?

Bibliographie

Pour aller plus loin

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La supraconductivité http://www-centre-saclay.cea.fr/fr/20-juin-Conference-Cyclope-1911-2011-la-supraconductivite-entre-reve-et-realite-la-video-est-en-ligne
http://www.supraconductivite.fr/
http://www.cea.fr/
Les aimants supraconducteurs http://www.in2p3.fr/actions/formation/accelerateurs14/Aimants-Supraconducteurs_PhF2014.pdf
ITER https://www.iter.org/fr
Le LHC http://www.lhc-france.fr/
Le projet Iseult http://irfu.cea.fr/Sacm/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2909
Supradesign http://www2.cnrs.fr/sites/communique/fichier/2_rectoverso_agraf_projets_acteurs_visuels.pdf
Maglev http://www.usjmaglev.com/usjmaglev/Home.html

 

Un dossier préparé par
Barbara Gineau-Delyon, avec l’aide de Victoire de Saléon et Achille Petit

Rédaction en chef
Frédéric Courant

Direction artistique et technique
Pascal Léonard

Direction de production
Joël Guillemet

Assistante de réalisation
Anaïs Van Ditzhuyzen

Assistant de production
Patrick Berger

Documentaliste
Laurence Lebon

Montage/Prise de vue
Timothée Coignus

Voix
Françoise Carrière
Jean-Baptiste Puech

Mixage
Pascal Stevens

Relation presse
Nathalie Bô

Graphisme et animations
Christophe Pernoud – BROTHERMAN Productions

Web design
Olivier Hamon – VO Productions
Antoine Chérel – ATALANTA

Intégration
Florent Chevallier

Remerciements

Luc Barbier, chercheur à l’Institut Rayonnement-Matière de Saclay (Iramis)
Bertrand Hervieu, chercheur à l’Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu)
Bertrand Baudouy, cryogéniste au CEA
Pierre Védrine, magnéticien au CEA
Claude Fermon, chercheur en magnétisme au CEA
Céline Lipari, responsable éditoriale de cea.fr
Sophie Kerhoas-Cavata, responsable communication de l’Irfu
Alain Sacuto, physicien à l’Université Paris Diderot

 

Crédits images

Illustration d’entête : Argonne National LaboratoryNC-BY-SA 2.0

Ailleurs c’est comment ?

« The Heart of Yellowstone: Inside the NWSC Supercomputer » © UCAR -Tous droits réservés

Supercomputer! NCAR-Wyoming Supercomputing Center © UCAR -Tous droits réservés

« Bañuelos Radiólogos – Conoce el proceso de una Resonancia Magnética paso a paso » © Médico Mediático® – Tous droits réservés

« NeuroSpin, voyage au centre du cerveau » © CEASaclay – Tous droits réservés

« European Inventor Award 2016 – Medical diagnostics with magnetic particle imaging » © Organisation européenne des brevets, 2016 – Tous droits réservés

Stations d’essais d’aimants © F. Vrignaud / CEA – Tous droits réservés

Maquette IRM © PF. Grosjean / CEA – Tous droits réservés

station d’essai © F. Vrignaud / CEA – Tous droits réservés

Animation ISEULT © F.Durillon / Animea / CEA – Tous droits réservés

« Exemple d’images sans artefact, ni perte de contraste, obtenues à 7 T avec la transmission parallèle et l’antenne à 8 voies. » © CEA – Tous droits réservés

Photo de la réception du cryostat © F.Rhodes/CEA – Tous droits réservés

« The Future of Fusion with ITER » © Iter Organization – Tous droits réservés

« ITER – From here to eternity » © Iter Organization – Tous droits réservés

« The Way to New Energy » © Iter Organization – Tous droits réservés

« Un circuit de Squid  fait en supraconducteurs » © Groupe Physique Mesoscopique / Laboratoire de physique des solides (LPS ORsay) – Tous droits réservés

« Wheke, un Architeuthis sanctipauli, calmar géant, au muséum national d’histoire naturelle » © Citron – CC BY-SA 3.0

« Mars: Quest for Life » réalisé par Kyle McCabe © Optomen Productions / Discovery Communications – Tous droits réservés

« A CME Generates Reconnection in Earth's Magnetic Field » © NASA

« Humans on Mars » © NASA / Pat Rawlings, SAIC

« Journey to Mars Overview » © NASA

Différents aperçus du bouclier protecteur en conception dans le cadre du projet SR2S. © SR2S – Tous droits réservés

« LEGO Rubik’s Cube Stop Motion Animation » © 2016 Kenneth Brandon – Tous droits réservés

« MRI Animation » © Blausen Medical Communications, Inc. – Tous droits réservés

« Déroulement de l’examen d’IRM » © HUG 2006 – Tous droits réservés

Prototype IRM © Luc Barbier / CEA – Tous droits réservés

Certaines images sont fournies par Jean-Marc Destruel

Au fil du temps

Photo de Heike Kamerlingh Onnes issu du livre « Les prix nobel en 1913 » © Fondation Nobel

Photo « Le liquéfacteur d’hélium utilisé par K. Onnes et son équipe lors de la découverte de la supraconductivité dans le mercure – Museum Boerhaave, Leiden. » © Prof. Jos van den Broek – CC-BY- SA 3.0

Photo « Prototype de réfrigérateur à dilution » © P.Stroppa / CEA – Tous droits réservés

« Leon N. Cooper, John Bardeen and J. Robert Schrieffer in 1972. » © Credit Associated Press – Tous droits réservés

« La Supraconductivité: Une histoire d’amour / haine entre électrons » par David Sénéchal © Département de physique de l’Université de Sherbrooke – Tout droits réservés

Photo du 1er Tokamak © Iter Organization – Tous droits réservés

« Modern 3T MRI » © Kasuga Huang – CC-BY- SA 3.0

Photo « desintegration d’un boson de Higgs » © Lucas Taylor / CERN – CC-BY

Grandes questions

« Magsurf » Alain Monclin Université Paris Diderot Studio vidéo

Certaines images sont fournies par Julien Bobroff

Références Bande-Annonce

« Supercalifragilisticexpialidocious »: Interprétation: Éliane Thibault et Michel Roux / Adaptation française: Louis Sauvat et Christian Jollet © Société parisienne de sonorisation (SPS) / Musique de Richard M. Sherman et Robert B. Sherman © Hal Leonard Corporation – Tous droits réservés

« Mary Poppins » est une propriété © Walt Disney Productions / Walt Disney Home Records – Tous droits réservés

Extrait de l’article « Le skateboard volant existe enfin » © Artemis / Le Point – Tous droits réservés

« Retour vers le futur 2 » réalisé par Robert Zemeckis © Universal Pictures / Amblin Entertainment / U-Drive Productions – Tous droits réservés

Extrait de l’émission « Incroyables Expériences » © F3 / R&G Productions – Tous droits réservés

« Lexus Hoverboard: Achieving the impossible » © 2016 Lexus – Tous droits réservés

Extrait de l’article « La supraconductivité en deux mots » issu du site http://www.supraconductivite.fr/ © CNRS / Société Française de Physique / RTRA Triangle de la physique – Tous droits réservés

« X-Men: L’affrontement final » réalisé (tant bien que mal) par Brett Ratner © Twentieth Century Fox Film Corporation / Donner’s Company – Tous droits réservés

Extrait de l’article: « Le froid: un facteur essentiel » issu du site http://www.supraconductivite.fr/ ©CNRS / Société Française de Physique / RTRA Triangle de la physique – Tous droits réservés

« Liquid Nitrogen Experiments: The Carnation » © Jefferson Lab / Southeastern Universities Research Association – Tous droits réservés

« Le Maglev: La Supraconductivité dans tous ses états » (Ultimate Engineering: Magnetic Levitation) réalisé par Ian Herring © Parallax Film Productions / Discovery Channel – Tous droits réservés

« Japan’s Maglev Train of Tomorrow: MEGAPROJECTS (Part 3) » © The Daily Conversation – Tous droits réservés

« NO CONTACT – SupraDesign » © École nationale supérieure de création industrielle–Les Ateliers (ENSCI) – Tous droits réservés

« Higitus Figitus » interprété par Alfred Pasquali / Adaptation: Serge Nadaud, Christian Jollet et Maurice Griffe © Société parisienne de sonorisation (SPS) / Musique: George Bruns / Chansons: Richard M. Sherman et Robert B. Sherman © Walt Disney Music Company – Tous droits réservés

« Merlin l’Enchanteur » est une propriété © Walt Disney Productions / Walt Disney Home Records – Tous droits réservés

 

 

© L’Esprit Sorcier – Septembre 2016