Historique des supraconducteurs

  


Kamerling Onnes

Le 8 avril 1911 aux Pays-Bas, Kamerlingh Onnes étudie les propriétés électriques d’un fil de mercure porté à des températures très basses. (-268,8°C). Il découvre qu'à cette température le mercure perd brutalement toute résistance électrique. C'est la supraconductivité !
On comprendra très vite que tout supraconducteur possède une température critique, en dessous de cette température il est supraconducteur, au dessus, il ne l'est plus.

Schéma Tc

 

En 1933, les physiciens allemands Walther Meissner et Robert Ochsenfeld découvrent qu’un échantillon supraconducteur soumis à un champ magnétique extérieur expulse celui-ci : c’est l’effet Meissner, aussi appelé diamagnétisme parfait.

 

La supraconductivité n'est théorisée qu’en 1957 par John Bardeen, Leon Cooper, et John Schrieffer avec la théorie BCS. Cette théorie explique que la supraconductivité est dûe aux déplacements de paires d'électrons, les vibrations de la grille des atomes sont responsables de la circulation du courant. Malheureusement cette théorie ne s'applique seulement qu'aux supraconducteurs de type I.


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Les supraconducteurs de type II sont des métaux ou des alliages. Découvert en 1958, leurs températures critiques sont plus élevées que celle des supraconducteurs de type I, la plus haute s'élève à 138K. La transition de l'état normal à supraconducteur est moins brutale. Ils possèdent deux valeurs critiques de champ magnétique. En dessous de la première valeur critique de champ magnétique, le matériau de type II est supraconducteur, comme le serait un matériau de type I. En dessous de la seconde le matériau est dans un état mixte. Dans ce nouvel état, le matériau ne repousse plus entièrement le champ magnétique par effet Meissner. Les supraconducteurs de type II ne sont toujours pas théorisés et leur fonctionnement reste un mystère.


En avril 1986, les physiciens Karl Müller et Johannes Georg Bednorz élaborent un nouvel alliage à base de lanthane. La température critique de cette alliage monte à 35 K.Cette découverte majeure sera suivie moins d’un an plus tard par la decouverte d'un supraconducteur dont la température critique est de –196°C (77K). –196°C, c’est la température de l’azote liquide, beaucoup moins chère à produire et bien plus facile à manipuler que l’hélium liquide. Les supraconducteurs entrent dans l’ère industrielle !


En mars 1986, après 75 ans de recherches, le supraconducteur ayant la température critique la plus élevée est le niobiure de Germanium (Nb3Ge). Elle est encore de TC = –250°C (23,3K). Pour atteindre des températures aussi basses, on utilise l’hélium liquide, coûteux et très contraignant. Les applications industrielles de la supraconductivité s’en trouvent donc très ralenties.


En 1995 Record reproductible à 164 K (-109 °C), le supraconducteur dit «le plus chaud».


En 2003 au Japon le MagLev: 581 kilomètres par heure! C'est le record de vitesse établi par le MagLev. Ce train, le plus rapide du monde est capable de léviter à plusieurs centimètres au-dessus des rails. Cette technique reste cependant très coûteuse et contraignante. En outre, ses performances sont à peine supérieures à celles d'un train classique. En 2007, un TGV avait atteint la vitesse de 574.8km/h mais il n'est pas ouvert au publique. Soit seulement 6,2 km/h de moins que le MagLev.

 

En Avril 2008, un câble électrique supraconducteur de 600 m de long alimente 300.000 foyers dans l'île de Long Island, près de New York. Fabriqué par l'industriel français Nexans, il permet de transporter quatre fois plus d’énergie qu'un câble de cuivre classique de même section. Le tout sans émettre ni chaleur ni champ électromagnétique. Les câbles supraconducteurs peuvent être placés en des points stratégiques d’un réseau électrique afin de délester les câbles classiques ou les lignes aériennes, ce qui permet de désengorger les réseaux avec une solution respectueuse de l’environnement. L'installation sert avant tout de démonstrateur en vraie grandeur, coûte plus cher qu'une ligne classique. Mais cette technologie prometteuse devrait se développer à l'avenir.

 

En 2008 Découverte des pnictures, (oxydes de fer)

 

En 2011 au Musée des Arts et Métiers - Le public a pu s'initier à la pratique du «supraskate» en restant suspendu à quelques millimètres au-dessus  du sol

 

En 2012 Des supraconducteurs pour augmenter l'efficacité des éoliennes. Dans le cadre du projet européen SUPRAPOWER [1], des scientifiques et des industriels se sont associés pour développer une éolienne efficace, robuste et compacte, fonctionnant à l'aide d'un générateur supraconducteur. Cette innovation permet en particulier des économies d'énergie et de matières premières. L'institut de physique technique (ITEP), qui fait partie de l'Institut technologique de Karlsruhe (KIT, Bade-Wurtemberg), est chargé de construire un cryostat [2] rotatif. Le cryostat permet de refroidir les bobines supraconductrices utilisées à -253 °C, soit 20 K. Cette condition est décisive pour la bonne marche du générateur supraconducteur, qui n'occasionne pas de pertes électriques en-dessous d'une certaine température.

[1] Le projet européen SUPRAPOWER a pour but d'utiliser le potentiel de la supraconductivité pour la construction d'éoliennes. Faisant partie du programme-cadre FP7 pour l'énergie, il a été lancé le 1er décembre 2012 pour une durée de quatre ans.

[2] Un cryostat est un instrument de physique permettant d'obtenir des températures cryogéniques par l'utilisation de l'inertie thermique d'un liquide très froid.

Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72010.htm - 17 janvier 2013


En 2013 - Un matériau artificiel pour amener la supraconductivité à température ambiante. Des scientifiques américains ont conçu un matériau multicouche unique qui pourrait conduire à des percées dans la recherche sur la supraconductivité et dans les applications industrielles. Des ordinateurs 500 fois plus rapides ? Ce matériau artificiel, composé d'une structure périodique multicouche de supraconducteur à base de fer (superlattice de pnictide), offre la possibilité d'adapter les propriétés supraconductrices et de comprendre le mécanisme de la supraconductivité lui-même. Il offre notamment la possibilité de transporter beaucoup plus de courant électrique que les matériaux non-artificiels.

Source : Magazine Usine nouvelle de Mars 2013

 

 

1911

Kamerlingh ONNES découvre la supraconductivité en proposant à G. HOLST de mesurer la résistivité du mercure à très basse température.

1913

Echec du premier aimant supraconducteur.

1933

Mise en évidence du diamagnétisme des   supraconducteurs. Effet MEISSNER

1954

Premier aimant supraconducteur qui fonctionna (0,71 Tesla (T) à 4,2 K).

1957

Théorie microscopique B.C.S de la supraconductivité (BARDEEN, COOPER et SCHIEFFER).

1982

Première images IRM, elles assureront à la supraconductivité sa première application industrielle et commerciale.

1986

Envolée des températures critiques.

1995

Record reproductible à 164 K (-109 °C), le supraconducteur dit «le plus chaud».

2003

Record du monde de vitesse pour le Maglev 581Km/h.

Avril 2008

Un câble électrique supraconducteur de 600 m de long alimente 300.000 foyers dans l'île de Long Island.

2008

Découverte des pnictures, (oxydes de fer).

2012

Des supraconducteurs pour augmenter l'efficacité des éoliennes.

2013

Un matériau artificiel pour amener la supraconductivité à température ambiante.

 

 

 

 

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