Supraconducteur à haute température - Définition
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Introduction
Un supraconducteur à haute température (en anglais, high-temperature superconductor : high-Tc ou HTS) est un matériau présentant une température critique superconductrice (Tc) au-dessus de 30 K.
Histoire
De 1960 à 1980, les spécialistes croyaient que 30 K était théoriquement la plus haute température possible.
Le premier matériau à haute Tc a été mis en évidence en 1986 par Karl Müller et Johannes Bednorz, chercheurs d'IBM qui ont reçu le prix Nobel de physique de 1987. Jusqu'à la découverte de supraconducteurs à base de fer en 2008, le terme « supraconducteur à haute température » était équivalent à « supraconducteur au cuprate » (par exemple, pour les composés chimiques BSCCO et YBCO).
Usages possibles
En théorie, ils permettent de transporter beaucoup plus d'électricité dans des câbles beaucoup plus petits, facilitant par exemple l'allongement ou l'enterrement des lignes à haute tension, les connections avec des centrales éoliennes ou solaires éloignées. Des trains à sustentation magnétique pourraient se déplacer à coûts raisonnables à près de 500 km/h, les ordinateurs et calculateurs devenir ultra-rapides. Les moteurs électriques pourraient devenir plus petits et plus puissants et les installations médicales de type IRM verraient leur coût diminuer.
Nexans a annoncé en 2010 avoir développé et testé avec succès dans son laboratoire haute tension de Hanovre (Allemagne) un nouveau câble supraconducteur fonctionnant à 200 kV, permettant le transport de plusieurs gigawatts électriques (première mondiale selon le groupe). 360 kV de tension ont été appliqués à ce câble (1,8 fois la tension de fonctionnement) durant plusieurs heures. Le système a pu être maintenu à une tension nominale de 200 kV, et a supporté avec succès des surtensions simulant celles se produisant en cas d'impact de foudre ou d'ouverture/fermeture de circuit.
De tels câbles, à courant continu, pourraient notamment répondre aux besoins de grands projets tels que Desertec ou de la plateforme d'échange d'énergie renouvelable nord-américaine de Tres Amigas aux États-Unis qui, à Clovis au Nouveau-Mexique, doit relier, via un réseau triangulaire de 9,6 km de « pipelines électriques » les trois grands réseaux électriques du pays : Eastern Interconnection, Western Interconnection et Texas Interconnection, les câbles supraconducteurs HT étant associés à des convertisseurs (VSC) alternatif/continu.
L'entreprise cherche maintenant à produire un câble supraconducteur supportant un ampérage très élevé (jusqu'à 12 500 A) de manière à pouvoir transporter plusieurs gigawatts par câble.
Une définition
Le terme « hautes températures » désigne dans le domaine de la supraconduction des températures comprises entre -173 °C et -123 °C, ce qui reste très froid par rapport à la température ambiante, mais beaucoup moins que les besoins des premiers supraconducteurs de 1911 (proches du zéro absolu).
Fabrication
Les expériences spatiales conduites par la NASA (croissance de films minces dans le quasi-vide spatial avec la navette) ont abouti à des technologies permettant de faire croître un film supraconducteur de quelques microns sur une base flexible. L'enroulement de films d'oxydes de très haute qualité commence a être maîtrisé en 2009, laissant espérer des progrès comparables à ceux qu'a connu la fibre de verre.
Usages actuels
Ils sont utilisés pour des besoins particuliers, de haute technologie mais restent couteux.
En particulier, les systèmes de refroidissement et de sécurisation sont encore lourds et coûteux, et consommateurs d'énergie.
Et après les annonces des années 1980, les fabricants n'ont pas encore réussi à produire des câbles souples et durablement fiables à partir de céramiques (matériaux durs et cassant), mais la fibre de verre a connu des problèmes similaires à ses débuts et les recherches se poursuivent, notamment sous l'égide de la NASA et d'une société de fabrication de supraconducteurs Metox (Metal oxide technologies) installée à Houston près des laboratoires de la NASA, dont le Centre de recherche sur la supraconductivité et les matériaux avancés du Texas.
Les câbles de première génération avaient des performances réelles 100 fois moindres que leur potentiel théorique, mais la technologie semble progresser dans ce domaine et laissent espérer des câbles 100 fois plus performant qu'avec le fil de cuivre à température ambiante, à cout équivalent au câble cuivre.
Des conditions d'usages plus intéressantes existent dans l'espace, et la supraconduction pourrait être intéressante pour la conquête spatiale, le travail sur la lune ou mars par exemple.
