©L. Giraud/CERN ; C. Frésillon/CNrsPhotothèque ; ELEKtaaB ; r.dEBLoCK ; Esa ; B. Rajau/CNrsPhotothèque ; D. Colson/CNrsPhotothèque ; Nexans ; J. Bobroff/CNrsPhotothèque N°255 I avril 2011 L’enquête | 21 w Une révolution qui venait du froid Il y a tout juste cent ans, un étonnant phénomène chamboulait tout ce que l’on savait jusqu’alors sur l’électricité. Ou plutôt sur la résistance des matériaux à la laisser passer. Car, même les fils électriques les plus conducteurs qui soient gâchaient une partie de cette énergie en la transformant en chaleur. Jusqu’à ce que, en 1911, un physicien hollandais voit littéralement « 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 très nombreux métaux et alliages. Un siècle plus tard, elle représente un marché de près de 4,5 milliards d’euros 1. 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 bon ménage : un supraconducteur exclut tout champ magnétique que l’on veut lui imposer de 01 Détection de particules, analyse de la matière, lévitation… La supraconductivité a de très nombreuses applications. 02 Dans un circuit électrique, une pile crée du courant en mettant les électrons en mouvement. Ceux-ci entrent en collision avec les défauts du conducteur : ils cèdent leur énergie au matériau qui s’échauffe, et ralentissent (A). C’est l’origine de la résistance électrique. Dans un supraconducteur, cette résistance est nulle (B). Le courant électrique continue à circuler indéfiniment, même quand la pile est débranchée (C). zéro absolu. Température égale à – 273,15 °C, la plus basse qui puisse exister dans l’Univers et à laquelle toutes les particules sont immobiles. Seuls les effets quantiques se manifestent. l’extérieur. C’est l’effet Meissner, du nom de son découvreur (lire l’encadré p. 22). « 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 2, spécialiste de l’histoire de la supraconductivité. un courant ILLImité Disparition de la résistance électrique et exclusion des champs magnétiques, ces deux propriétés principales de la supraconductivité sont à l’origine de nombreuses applications. Il suffit d’injecter du courant dans une bobine de fil supraconducteur pour le conserver indéfiniment. Ou que le courant dans cette bobine soit d’une intensité colossale pour qu’il génère un champ magnétique tout aussi important, sans risque de surchauffe. Ou encore qu’un aimant soit 02 B C A © infographie : J. MERCIER/CNRS © BURNDY LIBrarY COLLECtioN,huNGTINGTON LIBrarY, courtesYaiP E.sEGre VisuaLarchives ©aiP E.sEGre VisuaLarchives, Physics Today CoLLECtion les dates clés 1911 H. Kamerlingh Onnes, physicien hollandais, s’intéresse à la résistance électrique des métaux à très basse température. Surprise : au-dessous de – 268,95 °C, la résistance du mercure tombe brusquement à zéro ! 1913 Le physicien hollandais reçoit le prix Nobel de physique pour ses travaux sur la liquéfaction de l’hélium et sur l’étude des propriétés de la matière aux basses températures. La supraconductivité n’est alors qu’une curiosité de laboratoire. Années 1920 La mécanique quantique révolutionne la physique. Les solides deviennent le banc d’essai de cette nouvelle théorie, qui établit en 1928 l’existence d’électrons libres dans les métaux, responsables de leur conductivité électrique. 1933 Les physiciens allemands W. Meissner et R. Ochsenfeld découvrent une autre propriété fondamentale des supraconducteurs : ils excluent hors de leurs frontières un champ magnétique que l’on voudrait leur imposer de l’extérieur, (c’est le diamagnétisme). 1935 F. London, physicien allemand exilé à Paris, fournit une première théorie de la supraconductivité : « Un supraconducteur se comporte comme un seul gros atome diamagnétique. » ©aiP E.sEGre VisuaLarchives