La supraconductivité, comment ça marche?

Pour ce premier article expliquant VRAIMENT comment ça marche, je vous avoue qu’aborder la supraconductivité est un vrai défi !

Non pas que vous ne soyez pas en mesure de comprendre, mais plutôt que ce sujet est aussi complexe que passionnant, et quel sujet passionnant ! Qui n’a jamais entendu parler de supraconductivité, et en même temps, qui sait vraiment de quoi “ça s’agit” ?

Illustration du comportement d’un supraconducteur

Alors qu’est ce que la supraconductivité, comment ça marche, qu’en fait-on aujourd’hui, et qu’en fera t-on demain ?

En route pour les coulisses des supraconducteurs !

Qu’est ce que la supraconductivité, et ce qui la caractérise ?

Avant toute chose, je vous propose de voir cette vidéo, qui met en avant une propriété absolument fantastique des supraconducteurs, à savoir les interactions avec les champs magnétiques…

Cette galette composée d’un matériau dit ‘supraconducteur’ semble littéralement léviter au dessus des aimants et ce, en raison de deux propriétés caractéristiques de cet état. A l’état normal, ce matériau ne possède aucune propriété fantastique. Toutefois, lorsqu’il est refroidit à une certaine température, il perd absolument toute résistance et expulse tout champs magnétique.

La résistance est par exemple ce qui fait ralentir une balle lancée de toute votre force. L’air qu’elle traverse la ralentit, car il se crée alors un phénomène de frottement entre la balle et l’air. Cette force est un frein, une résistance appliquée contre votre balle. S’il n’y avait pas cette résistance, alors votre balle ne cesserait d’avancer dans la même direction, sans jamais ralentir, ni jamais changer de direction. Elle serait vouée à avancer indéfiniment à la même vitesse.

Lors d’un coup de feu, l’air exerce une résistance sur la balle. Cette énergie est dissipée en partie en chaleur.

Cet avion franchit le mur du son: le frottement de l’air exerce une résistance inouïe

–> Il s’agit de la première propriété des supraconducteurs. La théorie veut qu’un supraconducteur, dans les conditions requises (à savoir lorsqu’il est refroidit à une température proche du zéro absolu, soit environs -269°C), n’ait aucune résistance. Ainsi, toute impulsion qui lui serait donnée engendrerait un mouvement sans fin, constant dans sa vitesse, et infini. Lancez cette galette supraconductrice, et elle ne s’arrêtera jamais

Le champs magnétique, quand à lui, est généré par tout apparail, tout objet utilisant l’electricité.

Le cerveau émet un champs magnétique.

Même vous, lecteurs, vous générez un champs magnétique ! En effet, les signaux émis et reçus par le cerveau, les ordre qu’il envoie à vos muscles, sont des signaux électriques ! De même, le cerveau est réceptif aux champs magnétiques. Si vous vous rendez dans un lieu où le champs magnétique est très intense, il est possible que vous soyez pris de maux de tête, voire de vertiges. Parfois même, le cerveau peut être trompé: vous ressentez une présence, ou bien encore vous avez des hallucination (auditives, visuelles). Beaucoup de cas de phénomènes dits paranormaux sont expliqués par la présence d’un champs magnétique puissant.

Mais revenons à nos moutons: votre cerveau n’est pas le seul à générer des champs magnétiques. D’autres matériaux en génèrent: les aimants par exemple.

Les champs magnétiques d’un aimant

Et justement, il s’agit de la seconde propriété des supraconducteurs: lorsqu’un matériau supraconducteur est en contact avec un champs magnétique, le champs magnétique n’a plus aucun impact sur le matériau. On appelle cela L‘effet Meissner.

Ainsi, en plaçant le supraconducteur au dessus d’un champs magnétique, ce dernier ne peut plus l’attirer vers lui. Au contraire, il le repousse de façon constante: le supraconducteur lévite !

Application de nos jours.

Intéressant de savoir ce qu’est la supraconductivité, mais à quoi sert-elle concrètement ?

Et bien il s’avère que les composants supraconducteurs ont aujourd’hui de multiples applications. Par exemple, au Japon, il existe un train qui ne roule pas, qui ne glisse pas, mais qui est en complète lévitation au dessus des rails, grâce à des aimants supraconducteurs !

Un train à sustentation magnétique

Ce train porte un doux nom technologique: train à sustentation magnétique. Le principe est simple: des bobines supraconductrices sont placées dans le train et des électroaimants sont placés le long de la voie. Lorsque le train se déplace, un courant est induit dans la voie. Le déplacement du train engendre une traînée électromagnétique très importante, d’où une consommation énergétique élevée. Le projet le plus abouti est le Maglev japonais, qui s’est envolé jusqu’à 581 km/h ! (source: WikiPédia)

Mais vous trouverez des composants supraconducteurs moins loin !! Lorsque vous passez une IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), pour créer le champ magnétique de ces appareils, un «courant perpétuel» circule dans une bobine refroidie à l’hélium liquide. Si on utilisait des fils de cuivre, ils s’échaufferaient jusqu’à fondre.

les IRM utilisent les supraconducteurs

En effet, souvenez vous, dans un élément supraconducteur, lorsqu’il est refroidit proche du zéro absolu (-269°C) la résistance devient nulle. Rien n’entrave plus le passage du courant! Quand il circule dans un anneau supraconducteur, sans perte d’énergie, le courant peut y rester jusqu’à la fin des temps (source: Le Temps)

Enfin, avez vous entendu parler du Grand Collisionneur de Hadron situé à cheval entre la France et la Suisse ? Lui aussi utilise des matériaux supraconducteurs tout le long de l’anneau dans lequel les atomes atteignent la vitesse de la lumière. Ce chantier titanesque est passionnant et je vous en parlerais dans une future note.

Le Grand collisionneur de Hadron du CERN

Et demain ?

La supraconductivité pourrait bien envahir notre vie de tous les jours, et ce, dans un futur proche

En effet, si un élément supraconducteur ne génère aucune perte d’énergie, alors il transporterait l’électricité en ne générant aucune perte !

Des lignes Très Haute Tension (THT)

Le rendement maximal en somme, pour l’acheminement de cette énergie, qui est aujourd’hui encore distribuée par des cables de cuivre. Or, le cuivre n’a pas un rendement égal à 1. Aucun matériau ne l’a (sauf les supraconducteurs). Ainsi, lorsque EDF achemine l’électricité, il y a beaucoup de perte entre la centrale et l’utilisateur final. Cette perte d’énergie est dissipée sous forme de chaleur, le long des câbles électriques enterrés ou aériens. Pour des raisons économiques, l’électricité est donc transportée en très grande quantité, afin d’avoir à l’arrivée une distribution suffisante pour les foyers sans générer un rapport energie / perte défavorable.

Supraconducteurs: l’avenir des batteries ?

Mieux encore ? Puisque l’énergie est conservée sans perte dans un matériau supraconducteur, alors nous serons peut être en mesure bientôt de créer des batteries ultra performantes ! Elles ne seraient pas infinies (car l’électricité qu’elles enfermeraient ne serait pas infinie), mais elle ne génèrerait aucune perte, ni gaspillage d’énergie. En somme, elles délivreraient 100% de l’énergie qu’elles possèdent !

L’HoverBoard de Marty Mc Fly bientôt réalité ?

Encore plus fort, souvenez vous de l’HoverBoard de Marty, dans ‘Retour vers le futur‘ ! Les supraconducteurs pourraient tout à fait permettre la lévitation: on le fait déjà pour les trains, alors pourquoi ne pas faire un hoverboard, ou bien une voiture volante ! Installés tranquillement au volant de votre voiture, que vous ne conduisez pas (grâce au pilotage automatique), vous ne sentirirez alors plus aucune secousse. Attention toutefois, n’oubliez pas que les supraconducteurs n’offrent aucune résistance: lancez votre voiture à 150 km/h, et elle ne cessera jamais de foncer à cette vitesse tant que vous ne freinerez pas, et cela, sans aucune énergie motrice (à part l’impulsion bien sur).

C’est le moment de faire appel à votre créativité: selon vous, quels seraient les autres bénéfices de la supraconductivité à l’avenir ?