Magnétisme et supraconducteurs

Lévitation magnétique d’un aimant par un supraconducteur
Magnétisme et
supraconducteurs
En présence d’un champ magnétique externe,
les matériaux naturels - par exemple l’eau engendrent, pour la plupart, un champ qui
s’oppose au champ externe : ils sont dits
“diamagnétiques”. A température ambiante,
cet effet est très faible et n’est souvent
perceptible que dans un fort champ externe.
Mais certains matériaux deviennent
parfaitement diamagnétiques au dessous
d’une température critique Tc (généralement
très basse) et sont ainsi capables de chasser le
champ ambiant : ce sont les supraconducteurs.
De nombreux matériaux sont supraconducteurs,
par exemple l’étain et l’aluminium; leur
température critique est souvent
inférieure à -250°C. Depuis
20 ans, de nouveaux
supraconducteurs à haute
température (Tc >-180°C), de
type céramique, ont été
fabriqués; mais aucun
supraconducteur à
température ambiante n’a
encore pu être obtenu.
vue au microscope d’un
supraconducteur à haute température
de type céramique au mercure
supraconductivité
et effet Meissner
Dans un métal conducteur, un courant
électrique s’explique par le
déplacement d’électrons libres; une
bonne conduction se traduit par une
résistance électrique faible et une
dissipation réduite des courants.
Dans un supraconducteur, le courant
est porté par des paires d’électrons
appariés qui peuvent se mouvoir sans
aucune résistance ni dissipation.
En présence d’un champ magnétique,
les paires d’électrons engendrent des
courants de surface permanents, qui à
leur tour créent au coeur du matériau
un champ magnétique qui annule le
champ externe : c’est l’effet
Meissner, découvert en 1933.
Des aimants à base de supraconducteurs sont aujourd’hui utilisés pour produire des champs
magnétiques continus très intenses. Ils sont indispensables à d’importants projets de recherche
en physique des particules (par exemple le LHC) ou aux expériences de fusion nucléaire
magnétiquement contrôlée (comme le tokamak Tore Supra). Ils sont aussi très utilisés pour des
applications médicales (l’imagerie par résonance magnétique IRM) et industrielles (les trains à
lévitation magnétiqueTransrapid et MagLev).
Tore Supra : le premier tokamak supraconducteur pour l’étude de la fusion nucléaire contrôlée (© CEA)
L’utilisation des matériaux
supraconducteurs est promise
à un grand avenir - notamment
pour améliorer les
performances de stockage et
de transport de l’énergie.