Les supraconducteurs à haute température: compréhension de leur fonctionnement, leurs applications en ingénierie thermique et leurs avantages innovants.
Que sont les supraconducteurs à haute température ?
Les supraconducteurs à haute température (ou HTS pour High Temperature Superconductors en anglais) sont des matériaux qui présentent des propriétés de supraconductivité à des températures plus élevées que celles des supraconducteurs classiques. Découverts dans les années 1980, ces matériaux ont révolutionné le champ de la physique du solide et offrent des perspectives prometteuses pour de nombreuses applications technologiques.
Propriétés des supraconducteurs
- Absence de résistance électrique
- Effet Meissner (expulsion du champ magnétique intérieur)
- Transition de phase à une température critique
Les supraconducteurs classiques deviennent supraconducteurs à des températures extrêmement basses, proches de 0 K (kelvin), généralement en dessous de 30 K (-243,15°C). Cela nécessite des systèmes de refroidissement coûteux utilisant de l’hélium liquide.
Découverte des supraconducteurs à haute température
Les supraconducteurs à haute température ont été découverts pour la première fois par Georg Bednorz et K. Alex Müller en 1986. Ces physiciens ont trouvé que certains céramiques contenant de l’oxyde de cuivre pouvaient devenir supraconducteurs à des températures supérieures à 30 K. Leur découverte leur a valu le prix Nobel de physique en 1987.
Températures critiques plus élevées
Contrairement aux supraconducteurs traditionnels, les HTS peuvent atteindre la supraconductivité à des températures bien plus élevées, souvent au-dessus de 77 K (-196,15°C), qui est la température d’ébullition de l’azote liquide. Par exemple, le composé YBa2Cu3O7-x (Yttrium Baryum Cuivre Oxyde), aussi connu sous le nom de YBCO, a une température critique autour de 92 K (-181,15 °C).
Applications des supraconducteurs à haute température
- Électronique: HTS sont utilisés dans les magnétomètres SQUID (Superconducting Quantum Interference Devices) pour mesurer de très faibles champs magnétiques.
- Transport d’électricité: Les câbles supraconducteurs peuvent transporter plus de courant que les câbles en cuivre ou en aluminium, avec moins de pertes.
- Imagerie médicale: Les HTS sont utilisés pour fabriquer des aimants puissants dans les appareils d’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique).
- Futurs réacteurs à fusion: Les supraconducteurs jouent un rôle crucial dans les aimants de confinement utilisés dans les réacteurs à fusion.
En conclusion, les supraconducteurs à haute température représentent une avancée majeure dans la science des matériaux et offrent des solutions potentielles aux défis technologiques modernes. Les recherches en cours visent à découvrir de nouveaux matériaux avec des températures critiques encore plus élevées et à rendre ces technologies accessibles pour un usage quotidien.
