Les propriétés «magiques» de la supraconductivité

Dans mon article précédent, je parlais un peu plus en détails de mon sujet de doctorat, soit comprendre comment certains matériaux font un lien fascinant entre isolant et supraconducteur. Il serait peut-être temps de clarifier complètement ce qu’est un supraconducteur : c’est un matériau qui, une fois suffisamment refroidi, se met à conduire parfaitement l’électricité et à repousser les champs magnétiques!

Regardons cette première propriété, à savoir le fait que les supraconducteurs conduisent parfaitement l’électricité. De tels matériaux perdent en fait toute résistance électrique une fois refroidis sous une certaine température appelée température critique. Pour être un peu plus précis, un supraconducteur conduit parfaitement un courant continu. Si on y injecte un courant alternatif, il restera une toute petite résistance électrique. Quel intérêt pour des applications? Deux choses sont à prendre en compte ici:

un courant électrique traversant un fil crée un champ magnétique, on parle d’ induction électromagnétique (vous pouvez essayer d’approcher une boussole d’un fil électrifié pour vous en rendre compte).

la résistance électrique du fil va dissiper ce courant électrique sous forme de chaleur , on parle d’ effet Joule (c’est comme cela que fonctionne un simple grille-pain).

On peut donc utiliser un supraconducteur pour créer d’énormes champs magnétiques ! La très faible résistance électrique aux courants alternatifs des câbles supraconducteurs permet en effet d’y faire passer énormément de courant sans que ces derniers ne fondent, l’induction électromagnétique va alors se charger de créer le champ magnétique!

Passons à la deuxième propriété, à savoir le fait que les supraconducteurs repoussent les champs magnétiques! Si un supraconducteur repousse les champs magnétiques, cela signifie que l’on peut éventuellement faire flotter un aimant au-dessus d’un supraconducteur ou encore faire flotter un supraconducteur au-dessus d’un aimant: c’est de la lévitation magnétique! Si vous voulez comprendre plus en détails ce phénomène, vous pouvez toujours regarder les vidéos suivantes, soient ma présentation au festival Eurêka 2013 à Montréal sur la lévitation magnétique (grand public), intégrée dans cet article, et une vidéo un peu plus spécialisée réalisée pour l’ACFAS en 2011 (un peu moins grand public).

Iron Man et la fusion portative

Dans la trilogie Iron Man , vous avez sûrement remarqué le générateur bleu inséré dans le buste de Tony Stark (alias Robert Downey Jr.). Il serait fait à base de palladium (dont un hybride était considéré à une époque comme un éventuel supraconducteur à température ambiante) et son utilité est double: il sert à alimenter l’armure du super-héros et à repousser les bouts de shrapnel qui pourraient dangereusement s’approcher de son cœur. Comment? En utilisant l’énergie des réactions de fusion nucléaire se produisant dans un plasma confiné par de grands champs magnétiques bien sûr! Euh, attendez, ce n’est pas si évident que ça en fait… Regardons ça de plus près.

La fusion nucléaire est le processus au cours duquel deux atomes fusionnent pour donner naissance à un atome plus gros. C’est de cette fusion que provient l’énergie des étoiles (comme notre Soleil par exemple) ou celle des bombes nucléaires H (à hydrogène). Cependant, démarrer une telle réaction demande énormément d’énergie!

Le plasma est souvent appelé «4ème état de la matière« Il consiste en un gaz tellement chaud que les électrons des atomes acquièrent suffisamment d’énergie pour pouvoir faire cavaliers seuls, laissant les noyaux des atomes sans nuage électronique. En gros, on se retrouve alors avec des noyaux atomiques baignant dans une '«soupe» d’électrons très énergétiques! On trouve de tels plasmas dans certains téléviseurs, dans une flamme de bougie (plasma froid) ou dans le Soleil (plasma chaud).

Le plasma serait confiné en utilisant des matériaux supraconducteurs: les champs magnétiques intenses qu’ils permettent de générer maintiennent les particules chargées du plasma loin des parois de l’appareil.

C'est bien beau tout ça mais un tel générateur existe-t-il vraiment? Oui et non… Le dispositif réel possède une forme de tore (ou de donught suivant le fait qu’on ait un caractère plus ou moins gourmand) et s’appelle un Tokamak . Cependant, les résultats ne sont pas très concluants pour l’instant. En effet, le rendement énergétique n’est pas encore très bon et il est de plus en plus difficile de confiner le plasma efficacement à mesure que ce dernier gagne de l’énergie. Ce problème de confinement est d’autant plus problématique que le plasma y est quand même à plus de 100 millions de degrés Celsius. Enfin, un des projets les plus aboutis à ce jour est l’ ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) à Cadarache en France qui devrait être aussi haut qu’un immeuble de 15 étages!

Il semblerait donc que le Tokamak portable de Tony Stark alias Iron Man soit peu réaliste pour l’instant. Cependant, le playboy du film est supposé être un incroyable génie alors il suffit peut-être d’attendre la bonne personne pour voir ce rêve réalisé!

La lévitation magnétique dans tous ses états

Parlons maintenant des films Avatar et Retour vers le futur II . Pourquoi? Parce que ces films sont tous deux célèbres pour des phénomènes de lévitation!

Commençons par Avatar. Vous souvenez-vous des légendaires montagnes flottantes de Pandora? (Voilà leur quasi-équivalent terrestre.) C’est le moments où les gentils protagonistes de l’histoire décide de s’isoler un peu du méchant militaire pour continuer leurs recherches sur le peuple autochtone qu’est le peuple Na’vi (ou le peuple des grands Schtroumfs). Il n’y a bien sûr pas de meilleur endroit que des montagnes flottantes pour s’isoler! Mais comment cela est-il expliqué dans le film? En fait, ça n’y est pas vraiment expliqué. Cependant, on peut facilement trouver sur internet que les humains sont en fait à la recherche du minéral composant ces montagnes pour résoudre des problèmes énergétiques (bien sûr, le principal gisement se trouve malheureusement sous le lieu de vie des Na’vis). Pourquoi ce minerai est-il si important?

Ce matériau appelé « unobtanium » (ou unobtainium) est un supraconducteur à température ambiante : pas besoin de le refroidir pour bénéficier de sa conductivité électrique parfaite et son aversion des champs magnétique! L’unobtanium résoudrait les problèmes d’énergie en permettant un transfert d’électricité sans perte d’énergie et fait flotter des montagnes en repoussant le champ magnétique généré par la planète Pandora! Malheureusement, ce matériau rêvé n’existe pas! Du moins pour l’instant… En fait, on pouvait le deviner avant parce que le terme "unobtainium" est réservé à tout matériau fictif ayant des propriétés impossibles pour tout matériau réel!

Passons à Retour vers le futur II. Ce film est connu de tous pour le skateboard à lévitation que Marty McFly essaie maladroitement de maîtriser (voir la scène en question). De là à faire le lien entre ce skateboard et les supraconducteurs, il n’y a qu’un pas! Je ne pense pas qu’ils y fassent référence dans le film mais du côté des supraconducteurs, ce skateboard flottant existe déjà: c’est le Magsurf créé à l’Université Paris 7 lors du centenaire de la découverte de la supraconductivité en 2011!

Vous voilà rempli(e) d’images fascinantes qui font rêver! Après tout, la science n’est-elle pas là pour ça?

À bon entendeur, salut!

Alexis

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Une phrase mythique de l'excellent blogueur Sébastien Carassou en réaction à cet article:

«Quand Alexis Reymbaut nous parle de la magie des supraconducteurs, on se sent moins con à la sortie du dernier blockbuster!»

Merci à toi pour la superbe rime! :)

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