Mémoire

TRIVERY Mélanie
RICO Marjorie
RUBIO Thibaut
LA SUPRACONDUCTIVITE
1er semestre MI / MIP - 2005
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RESUME
La supraconductivité est un phénomène observable sur certains métaux, à basse
température, dans lesquels le courant circule sans aucune résistivité. Les matériaux
supraconducteurs ont également la particularité d’exclure toute ligne de champ magnétique.
Au fil de ce siècle, aucune théorie précise n’a démontré ce phénomène. Il y a eu
plusieurs interprétations, où ce dernier était considéré comme cantonné en dessous d’une
limite de température infranchissable. Ainsi, la théorie à l’ordre du jour est la théorie BCS,
mais elle ne résout qu’une partie du problème.
Les supraconducteurs possèdent plusieurs propriétés, telles que l’effet Meissner qui
met l’accent sur leur diamagnétisme, et l’effet Josephson qui démontre le fait qu’un courant
peut traverser une barrière isolante entre deux supraconducteurs. Le phénomène de la
supraconductivité ne peut s’obtenir qu’à basse température, et plus le champ magnétique
appliqué à un supraconducteur est intense, plus le matériau perd sa supraconductivité pour des
courants faibles.
Il existe deux sortes de matériaux supraconducteurs. Le premier a toujours un
comportement supraconducteur à basse température, c’est donc pour cela qu’il est le seul où
l’effet Meissner est observable. Chez le second, plus complexe, une dissipation d’énergie et
une résistance y sont observées.
L’intérêt technologique des supraconducteurs dans notre vie quotidienne est indéniable. En
effet les systèmes actuels ont plusieurs limites : ils sont contraignants par leur poids et leur
encombrement, leurs conducteurs chauffent. Nous voyons donc l’intérêt de l’utilisation de
machines supraconductrices pour contourner ces obstacles. De plus, ils ont un avantage sur le
plan économique et environnemental. On note toutefois que les supraconducteurs nécessitent
encore une température très faible. Il n’en reste pas moins que les scientifiques leur ont trouvé
des applications très diversifiées dans le domaine de l’environnement, de la médecine et de
l’électronique.
ABSTRACT
At low temperature, superconductivity is observable in some metals, in which a
current flows without resistivity. Superconductor materials have also the particularity of
expelling any line of an external magnetic field.
Through this century, no theory has totally proved this phenomenon. There has been
some interpretations which considered it couldn't exist beyond a limited low temperature.
Nowadays, researchers are working on the BCS theory, but it doesn't solve the whole
problem.
Superconductors have many properties, as the Meissner effect which stresses on their
diamagnetism, and the Josephson effect which demonstrates that a current can flow through
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an isolant, between two superconductors. The phenomenon of superconductivity can only
exist at low temperature and the more intense the magnetic field is, the more the
superconductor loses its superconductivity for lower intensities.
We can distinguish two sorts of superconductors. The first always has a
superconductor behaviour at low temperature, that's why we can apply the Meissner effect on
it. The second, more complex, dissipates energy and internal resistivity can be observed.
The technological interest of superconductors in our daily life can't be denied. Indeed,
nowadays the existing systems have limits: they are heavy, bulky, and their conductors warm.
Using superconductors leads to an economical and environmental advantages.
Nevertheless, we notice that superconductors need lower temperature. However,
scientists have found various applications as for environment, medicine and electronics.
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Sommaire
Introduction.................................................................................................................................2
Définition de la supraconductivité.............................................................................................. 3
Historique des supraconducteurs................................................................................................ 3
Avant 1986 .............................................................................................................................3
L’année 1986...........................................................................................................................4
Apres 1986.............................................................................................................................. 4
Les propriétés d’un supraconducteur.......................................................................................... 5
L’effet Meissner......................................................................................................................5
La Théorie BCS...................................................................................................................... 6
L’effet Josephson.................................................................................................................... 7
Les paramètres critiques des supraconducteurs.......................................................................... 8
La température critique d’un supraconducteur....................................................................... 8
Le courant critique d’un supraconducteur.............................................................................. 9
Le champ magnétique critique appliqué à un supraconducteur..............................................9
Les différents types de supraconducteurs................................................................................. 10
Supraconducteur de type I.....................................................................................................10
Supraconducteurs de type II..................................................................................................11
Les applications de la supraconductivité, réalisations et projets...............................................13
Dans le domaine de l’environnement....................................................................................13
Les électro-aimants............................................................................................................... 14
Les transports........................................................................................................................ 15
Transport du courant............................................................................................................. 17
Le domaine médical.............................................................................................................. 18
L’accélérateur de particules.................................................................................................. 20
Electronique
...............................................................................................................................................21
Conservation de l’énergie..................................................................................................... 21
Le confinement magnétique et le Tokamak..........................................................................21
Avantages..............................................................................................................................23
Inconvénients........................................................................................................................ 24
Conclusion................................................................................................................................ 24
Bibliographie.............................................................................................................................25
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Introduction
Découverte depuis presque un siècle, la supraconductivité est un phénomène qui est à
l’ordre du jour. Nombre de chercheurs travaillent actuellement sur ce phénomène encore basé
sur des théories puissantes, mais instables et qui ne cessent d’évoluer voire de se contredire.
On peut donc se demander :
La supraconductivité : quel phénomène scientifique ?
Dans un premier temps, nous définirons la supraconductivité, son histoire et ses
généralités. Dans un deuxième temps, nous étudierons les principes de base de la
supraconductivité. Enfin, nous analyserons les diverses applications et projets plus ou moins
concrets de ce phénomène.
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