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Posté par Isabelle le Lundi 02/04/2012 à 00:00
Un pas de plus vers le graal de la supraconductivité
La mise au point d'un matériau supraconducteur à température ambiante continue d'être l'objectif de nombre de physiciens autour du monde. Cette avancée majeure permettrait notamment le transport d'électricité sur d'immenses distances sans résistance et donc sans aucune perte d'énergie. Un objectif qui reste à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son...) assez éloigné. Ce qui n'empêche pas les progrès de s'accumuler. Comme le prouve une recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) qui implique l'Université de Genève (UNIGE) et le pôle de recherche national Materials with New Electronic Properties (MaNEP). Publiée dans la revue Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large....), elle décrit un nouveau dispositif expérimental mis au point (Graphie) par une équipe de l'Université de Brescia (Brescia (en français Brèche) est une ville italienne d'environ 190 000 habitants, située dans la province de Brescia, dont elle est le chef-lieu, en Lombardie, région de la plaine du Pô, au...) qui permet de mesurer un phénomène découvert par les physiciens genevois. Ce phénomène explique les mécanismes qui caractérisent certains matériaux supraconducteurs à haute température.


Aimant en lévitation magnétique au-dessus d'un supraconducteur à haute température critique. L'expulsion du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique du matériau supraconducteur (effet Meissner) est responsable de cet effet de lévitation.
Illustration: Mai-Linh Doan - licence GFDL et Creative Commons

Depuis la découverte de la supraconductivité, les physiciens cherchent non seulement à modéliser ce phénomène qui voit les électrons circuler sans aucune résistance, mais également à mettre au point des matériaux capables de développer cette qualité à des températures toujours plus élevées jusqu'à ce qu'un jour, un solide se révèle supraconducteur à température ambiante. Avant d'en arriver là, il est essentiel de comprendre la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne...) de la supraconductivité, ce qui n'est pas une entreprise de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) repos. Comme le rappelle Dirk van der Marel, professeur en physique des matériaux à l'UNIGE et membre du PRN MaNEP: «On connaît à ce jour deux types de mécanisme qui permettent d'obtenir l'état supraconducteur. Le premier rend la supraconductivité possible jusqu'à -240°C, le second permet l'état supraconducteur à des températures avoisinant les -120°C. Ces deux types de mécanisme se manifestent dans des classes de matériaux distincts. Il s'agit de différences importantes et il nous faut les comprendre.»

Mariés par le magnétisme

Le point commun qui caractérise tous les supraconducteurs est la formation de couples d'électrons. D'ordinaire ces porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un...) qui convoient l'électricité ne supportent pas la promiscuité et s'éloignent autant que possible les uns des autres, ce qui explique en partie la résistance et la perte d'énergie dans les conducteurs classiques. Mais, dans l'état supraconducteur, les électrons acceptent de se mettre par paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) (paire de Cooper) et d'avancer dans la même direction, éliminant la résistance.Pour autant, la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale...) qui pousse (Pousse est le nom donné à une course automobile illégale à la Réunion.) les électrons à se donner ainsi la main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier par le poignet. C'est un organe destiné à saisir et manipuler des objets....) diffère selon qu'il s'agit de matériaux supraconducteurs à basse ou haute température. Chez les premiers, ce sont des ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière.) de pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) traversant le solide, comme des ondes sonores en somme, qui poussent les paires de Cooper à se former. Dans les matériaux étudiés par l'équipe du professeur Dirk van der Marel, des cuprates (composition chimique basée sur le cuivre (Le cuivre est un élément chimique de symbole Cu et de numéro atomique 29. Le cuivre pur est plutôt mou, malléable, et présente sur...) et l'oxygène), les couples se forment autrement. Dans ces solides supraconducteurs à haute température (-113°C au maximum), c'est une autre force, se transmettant bien plus rapidement que les ondes de pression, qui permet la formation des paires d'électrons. Les physiciens de Genève privilégiaient l'hypothèse d'une force de nature magnétique. Cela restait à confirmer par l'expérience.

C'est là qu'interviennent les physiciens de l'Université de Brescia qui ont réussi à cerner cette force dans un cuprate supraconducteur. Et leurs résultats ne laissent plus guère de doute sur sa nature: il s'agit de fluctuations magnétiques, ce qui explique la vitesse (On distingue :) élevée avec laquelle cette force «couple» les électrons dans ces supraconducteurs. Une spécificité que les cuprates doivent sans doute au fait que dans ces matériaux le magnétisme se laisse induire facilement par un champ magnétique externe.

«Ces travaux sont importants car ils apportent une pièce supplémentaire au puzzle qui doit nous permettre d'aboutir à une théorie de la supraconductivité à haute température, explique Dirk van der Marel. Grâce à elle, nous serons capables, un jour, de construire «pièce par pièce», ou plutôt atome (Un atome (grec ancien ἄτομος [atomos], « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple...) par atome, un supraconducteur à température ambiante qui révolutionnera le transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par assimilation, des actions...) de l'énergie électrique et bien d'autres domaines.»

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Source: UNIGE - Université de Genève