ASDS supraconducteurcor

!
ASDS$$
TS&SPE$
THÈME$$LES$MATÉRIAUX$
STRUCTURE$ET$PROPRIÉTÉS$DES$MATÉRIAUX$/$L'ENVOL$DE$LA$SUPRACONDUCTIVITÉ$
$
NOM$:$ $...................................$$ PRÉNOM$:$............................$$ CLASSE$:$......................$$ DATE$:$$.............................................$$
"#$%&'()!*!+! ,('!-./#0%)1#(!2%1!/'(31)!4%!5-#14!
$
"#$%&'()!6!+!,(!31&3()!2%1!/#0'7!
Il$y$a$tout$juste$cent$ans,$un$étonnant$phénomène$chamboulait$
tout$ce$qu'on&savait$jusqu'alors$sur$J'électricité.$Ou$plutôt$sur$la$
résistance$des$matériaux$à$la$laisser$passer.$Car$même$les$fils$
électriques$les$plus$conducteurs$qui$soient$gâchaient$partie$de$
cette$énergie$en$la$transformant$en$chaleur.$Jusqu'à$ce$que,$en$
1911,$un$physicien$hollandais$voit$littéralement$voit$$
"disparaître"$la$résistance$électrique$du$mercure!$Pas$dans$
n'importe$quelle$condition$cependant$:$à$une$température$
frisant$le$zéro$absolu.$La$supraconductivité$était$née$et$
semblait$concerner$de$nombreux$métaux$et$alliages$[...$J.$
Pour$expliquer$le$phénomène,$nul$besoin$de$faire$appel$à$une$
transformation$du$matériau$induite$par$le$froid.$La$
supraconductivité$trouve$son$origine$dans$le$comportement$
des$électrons$de$la$matière$et,$pour$la$comprendre,$il$faut$avoir$
recours$à$la$physique$quantique.$Au$fil$des$ans,$les$recherches$
vont$révéler$bien$d'autres$propriétés$surprenantes.$$
En$particulier,$supraconductivité$et$magnétisme$ne$font$pas$!
La$photographie$ci&dessous$représente$un$aimant$
en$lévitation$au&dessus$d'un$supraconducteur$
$
bon$ménage:$un$supraconducteur$exclut$tout$champ$magnétique$que$l'on$veut$lui$imposer$de$l'extérieur.$C'est$
l'effet$Meissner,$du$nom$de$son$découvreur.$
«C'est$d'ailleurs$cette$capacité$qui$fait$qu'un$supraconducteur$est$tout$autre$chose$qu'un$simple$conducteur$idéal$»,$
rappelle$Georges$Waysand,$du$Laboratoire$souterrain$à$bas$bruit$de$Rustrel&Pays$d'Apt$
&Mathieu Grousson, extrait de l'article «Une révolution qui venait du froid», paru dans l’enquête« la supraconductivité prend son envol »Journal du CNRS n- 255, avril 2011
"#$%&'()!8+!93!:%;-3$#(4%$)1/1).<!$#&&'()!=3!&3-$>'?!
,(!;>.(#&@('!&3A(.)12%'BBB!
Un$aimant$génère$autour$de$lui$un$champ$
magnétique$qui$traverse$tout$matériau$non$
magnétique$comme$la$pastille$noire$(a)$,$Quand$
la$pastille$noire$devient$supraconductrice$il$
basse$température,$celle&ci$expulse$le$champ$
magnétique$(b).$
Cela$crée$alors$une$force$sur$l'aimant$et$le$fait$
léviter:$c'est$ce$qu'on$appelle$l'effet$Meissner.&$
$
!
CC')!.0'$)-12%'!
A$l'échelle$microscopique,$la$physique$
quantique$nous$apprend$que,$dans$un$métal.$les$
électrons$se$comportent$comme$des$ondes$
étalées$sur$plusieurs$atomes,$
indépendantes$les$unes$des$autres$(c).$
Dès$qu'un$défaut$se$présente$ou$que$l'un$des$
atomes$du$réseau$cristallin$vibre,$ces$ondes$
sont$perturbées.$$A$très$basse$température,$
quand$un$métal$devient!supraconducteur$ses$
électrons$s'associent$par$paires$(d)&$
$
$
!
Toutes$les$paires$d'électrons$se$superposent$
alors$$(e)$les$unes$aux$autres$pour$former$une$
seule$(f)$
!
Cette$onde$tout$il$fait$particulière$devient$
insensible$aux$défauts$du$matériau:$ils$sont$trop$
petits$pour$la$freiner$dans$son$ensemble.$la$
résistance$électrique$a$disparu.$
!
$
$

$
"#$%&'()!D+! E;;01$3)1#(:!4'!03!:%;-3$#(4%$)1/1).!
La$supraconductivité$a$de$nombreuses$
applications$possibles$dans$le$domaine$de$
l'énergie$(Fig.$1),$des$transports$(Fig.$2),$de$
la$santé,$de$la$télécommunication$ou$de$la$
recherche.$
$
fig.1$$
L’utilisation$des$supraconducteurs$permettrait$
d’éviter$les$pertes$par$effet$joule$
!
fig.2$$
train$a$sustentation$magnétique$a$atteint$une$
vitesse$record$de$581km.h&1!
"#$%&'()!F!+!!G3).-13%H!:%;-3$#(4%$)'%-: !
Pour$qu'un$métal$devienne$supraconducteur,$il$faut$qu'il$soit$soumis$à$des$températures$approchant$le$0$K,$soit$$
&273,l5$°C.$Dans$l'avenir,$les$chercheurs$espèrent$élaborer$des$supraconducteurs$à$température$ambiante,$qui$ne$
nécessiteraient$plus$des$systèmes$de$réfrigération,$coûteux$et$encombrants.$D'ores$et$déjà,$des$matériaux,$qui$ne$
sont$pas$des$métaux,$pouvant$être$supraconducteurs$à$quelques$dizaines$de$kelvin,$ont$été$découverts.$Un$aveni$
prometteur….!
I%':)1#(!*!
a. $Quels$types$de$matériaux$sont$actuellement$concernés$par$le$phénomène$de$supraconductivité?$
Le$phénomène$de$supraconduction$peut$concerner$les$métaux$et$leurs$alliages$
b. À$quelle$condition$ces$matériaux$peuvent&ils$devenir$supraconducteurs?$
Ces$matériaux$peuvent$devenir$supraconducteurs$à$des$températures$proches$du$zéro$absolu&$
!
I%':)1#(!6!
a. $ Au$niveau$électrique,$par$quoi$se$traduit$le$phénomène$de$supraconductivité?$
Au$niveau$électrique,$la$supraconductivité$se$traduit$par$une$résistance$nulle$au$courant$électrique$
JB Au$niveau$magnétique,$de$quoi$s'accompagne$ce$phénomène?!
Au$niveau$magnétique,$le$phénomène$s’accompagne$$d’une$exclusion$de$tout$champ$magnétique.$
!
!
I%':)1#(!8!
Donner$des$exemples$de$l'utilisation$possible$de$la$supraconductivité$
La$supraconduction$est$utilisée :
–$dans$les$transports$:$train$à$sustentation$magnétique$;$.................................................................................................$$
–$dans$l’énergie$:$utilisation$de$câbles$qui$ne$présentent$$aucune$résistivité$au$passage$du$courant$
électrique!
!
I%':)1#(!D!
a. Quel$est$le$principal$avantage$de$la$supraconductivité?$
Le$principal$avantage$est$d’éviter$les$pertes$par$effet$Joule$
c. Quel$en$est$le$principal$inconvénient$
Le$principal$inconvénient$est$que$le$phénomène$de$$supraconductivité$nécessite$de$travailler$à$très$faibles$
températures$et$donc$d’utiliser$des$systèmes$de$réfrigérations&$
!
I%':)1#(!F!
a. Qu'appelle&t&on$le$({$zéro$absolu)}?$
Le$«$zéro$absolu$»$correspond$à$une$température$de$0$K,$soit$&$273$K.$
b. &Qu'appelle&t&on$l'effet$Meissner$?$
L’effet$Meissner$est$l’effet$d’exclusion$de$tout$champ$magnétique$observé$pour$un$matériau$
supraconducteur&$
!
K#($0%:1#(!!
I%':)1#(!F!
a. Quelle$est$la$nature$des$deux$phénomènes$physiques$qui$se$manifestent$dans$la$supraconductivité$
La$supraconductivité$s’explique$au$niveau$micros$microscopique$par$la$physique$quantique.$$
Dans$un$métal,$les$électrons$se$comportent$comme$une$onde$qui$s’étale$sur$plusieurs$atomes.$Dans$
un$matériau$supraconducteur,$cette$onde$occupe$tout$le$matériau.$
b. -En$quoi$la$recherche$sur$la$supraconductivité$est&elle$importante$pour$l'avenir?$
La$supraconduction$est$à$la$fois$un$phénomène$électrique$car$un$matériau$supraconducteur$a$une$
résistance$électrique$nulle$et$un$phénomène$magnétique$car$un$matériau$
supraconducteur$rejette$tout$champ$magnétique.$$
La$recherche$sur$la$supraconduction$est$importante$car$il$est$important$de$pouvoir$transporter$de$
l’électricité$sans$perte$d’énergie$mais$cela$n’est$réellement$pertinent$que$s’il$est$possible$de$
concevoir$de$tels$matériaux$à$des$températures$proches$des$températures$ambiantes$
!
!