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SUPRACONDUCTIVITÉ

Applications de la supraconductivité

En l’état actuel, l’usage des supraconducteurs, potentiellement considérable, reste asservi à la nécessité d’installations réfrigérées à l’hélium liquide ou à l’azote liquide. Sous cette réserve, les supraconducteurs ont permis deux grands types d’applications 

Les applications à un courant faible

Les applications à un courant faible pour l’électronique et pour des capteurs très sensibles utilisent principalement l’effet Josephson.

Métrologie

On a vu que l’effet Josephson alternatif donne une relation simple entre la différence de potentiel (ddp) V appliquée à la jonction et la fréquence émise f :

V=h2e‧f

dans laquelle les constantes ћ (constante de Planck) et e (charge de l’électron) étant connues avec une grande précision, on obtient :

V (en volt) = 2,06783366(52) × 10–15 f (en hertz).

La fréquence f d’une onde électromagnétique étant une des grandeurs physiques mesurée avec la plus grande précision, les physiciens ont décidé d’utiliser la formule précédente pour définir le volt étalon. Celui-ci était précédemment défini par une pile « Daniel » déposée au pavillon Breteuil à Sèvres, siège officiel du Bureau international des poids et mesures. Cette pile Daniel a été remplacée par des diodes Josephson, la définition du volt rejoignant celle des autres unités fondées sur des constantes universelles de la physique.

Détecteurs et mélangeurs utilisés en radioastronomie

On a observé un rayonnement électromagnétique cosmique dans le domaine des micro-ondes (1012 à 1014 Hz), le cosmicmicrowave background ou CMB. Cette observation a été attribuée à l’expansion de l’Univers depuis le big bang, et au refroidissement qui s’est ensuivi. La détection de ce rayonnement d’intensité très faible nécessite une grande sensibilité des instruments de mesure. Les détecteurs Josephson étaient les candidats idéaux... Ils équipent les derniers satellites Cobe et Planck, lancés pour cette observation. Le rayonnement mesuré correspond à celui d’un corps noir à T = 2,7252 ± 0,004 K. Cette observation a permis une mesure précise de l’âge de notre Univers, depuis le « big bang » (13,8 milliards d’années).

Circuits logiques et ordinateurs quantiques

Il est possible de construire un bit (unité la plus simple, 1 ou 0, d’un système de numération) avec une jonction Josephson : V = 0, J = J0, valeur 0 ; V ≠ 0, J très faible, valeur 1.

L’avantage de cette technologie réside dans la très faible consommation d’énergie nécessaire à son fonctionnement et la grande vitesse de commutation (≈ 10–14 s), le gros désavantage étant, bien sûr, la nécessité de très basses températures. Après de nombreux essais, cette idée avait été abandonnée, mais un regain d’intérêt est néanmoins revenu avec la recherche sur les ordinateurs quantiques, car la jonction Josephson est un qubit (quantum bit, unité quantique de numération) presque idéal.

Mesure de très faibles champs magnétiques

Le Squid permet de détecter des champs magnétiques de très faibles intensités, la sensibilité limite étant de l’ordre de 10–14 tesla. Des magnéto-encéphalographes à Squid ont été fabriqués, ils permettent de détecter les très faibles variations de champ magnétique, associé aux courants électriques circulant dans le cerveau. Ils sont de l’ordre de 10–13 tesla. Leurs usages (y compris en cardiologie, donnant des signaux de l’ordre de 10–10 tesla) restent limités par la nécessité de très basses températures.

Les applications à un courant fort

Les applications à un courant fort se trouvent dans le domaine de l’électrotechnique Dans les applications nécessitant des champs magnétiques élevés et des courants électriques intenses, seuls les supraconducteurs de type II sont utilisés et principalement le NbTi.

Courant critique

Lorsqu’on augmente l’intensité[...]

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Écrit par

  • : ancien directeur du laboratoire de physique de l'École normale supérieure

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. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )

Médias

Première mise en évidence de la supraconductivité - crédits : Encyclopædia Universalis France

Première mise en évidence de la supraconductivité

Encyclopædia Universalis France

Lévitation magnétique - crédits : Julien Bobroff/CNRS Photothèque

Lévitation magnétique

Julien Bobroff/CNRS Photothèque

Lev Landau - crédits : Fox Photos/ Getty Images

Lev Landau

Fox Photos/ Getty Images

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Autres références

  • DÉCOUVERTE DES SUPRACONDUCTEURS À HAUTE TEMPÉRATURE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 112 mots
    • 1 média

    En 1986, le chimiste allemand J. Georg Bednorz et le physicien suisse Alex Müller inaugurent, aux laboratoires I.B.M. de Zurich, l'âge de la supraconductivité à haute température avec la fabrication d'une céramique, mélange de baryum, lanthane, cuivre et oxygène, de température critique...

  • SUPRACONDUCTIVITÉ CONVENTIONNELLE

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 701 mots
    • 1 média

    Les matériaux supraconducteurs sont très divers, et leur état supraconducteur est toujours difficile à atteindre. La température critique (Tc) en dessous de laquelle ils n’opposent aucune résistance au passage d’un courant électrique est en général extrêmement basse, de l’ordre de quelques...

  • THÉORIE DE LA SUPRACONDUCTIVITÉ

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 119 mots
    • 1 média

    Découverte sur un échantillon de mercure par le physicien néerlandais Kamerlingh Onnes en 1911, la propriété qu'ont certains éléments de n'opposer aucune résistance au passage d'un courant électrique à température suffisamment basse est comprise en 1957 par les physiciens américains ...

  • ACCÉLÉRATEURS DE PARTICULES

    • Écrit par Michel CROZON, Jean-Louis LACLARE
    • 3 528 mots
    • 3 médias
    ...magnétiques guidant les particules ne dépassaient guère 1,5 tesla. Une grande partie de l'énergie électrique y était dissipée par effet Joule. La production d'enroulements supraconducteurs aux performances garanties a permis d'atteindre des champs plus élevés. À énergie égale des particules accélérées, le diamètre...

  • ABRIKOSOV ALEXEI ALEXEEVICH (1928-2017)

    • Écrit par Bernard PIRE
    • 439 mots

    Le physicien théoricien Alexei Abrikosov est né le 25 juin 1928 à Moscou. Après des études à l'université de Moscou, il soutient en 1951 et 1955 ses deux thèses à l'Institut des problèmes physiques. Peu après que ses compatriotes Vitaly L. Ginzburg et Lev Landau ont proposé en 1950 une théorie résolument...

  • ALLIAGES

    • Écrit par Jean-Claude GACHON
    • 7 362 mots
    • 5 médias
    ...d'horizon ne peut être complet qu'avec l'évocation de quelques types d'alliages particuliers, tels les supraconducteurs et les alliages à mémoire de forme. Les premiers supraconducteurs connus étaient des métaux purs qui, au voisinage de 0 kelvin (— 273 0C), perdaient toute résistance électrique,...

  • BARDEEN JOHN (1908-1991)

    • Écrit par Pierre GOUJON
    • 1 004 mots
    • 3 médias

    John Bardeen est un physicien américain né le 23 mai 1908 à Madison, dans l’État du Wisconsin. La physique est une discipline paradoxale : les interrogations qu'elle suscite compensent en nombre et en importance les hypothèses qu'elle confirme. D'où le côté impatient, obstiné, passionné du physicien,...

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Voir aussi

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