Supraconductivité

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C'est en obtenant des températures de plus en plus basses que les physiciens sont parvenus à liquéfier les gaz : l'oxygène en 1877, l'hydrogène sept ans plus tard, et l'hélium en 1908 à un peu plus de 4 kelvins.

Grâce à ces progrès, le Néerlandais Heike Kamerlingh Onnes et son équipe découvrent en 1911 que la résistance au passage du courant électrique dans un fil de mercure disparaît lorsque sa température est inférieure à 4,2 kelvins. On dit qu'il devient supraconducteur. Il n'y a donc plus d'échauffement du fil. Le matériau retrouve sa résistance normale au passage du courant électrique si on le place dans un champ magnétique suffisamment élevé ou si on lui applique un courant électrique fort.

En 1933, l'Allemand Walther Meissner et son assistant Ochsenfeld découvrent que, lorsqu'un supraconducteur est soumis à un champ magnétique, ce dernier est expulsé de l'intérieur de l'échantillon. Il en résulte une force de répulsion qui peut faire léviter un aimant au-dessus d'une pastille supraconductrice. Il existe deux types de supraconducteurs, caractérisés par leurs réactions différentes quand ils sont placés dans un champ magnétique.

En 1950, le Soviétique Lev Landau, en collaboration avec Vitaly Ginzburg, propose un premier modèle théorique des supraconducteurs dans le cadre de la physique quantique.

Il faut attendre 1957 pour que les Américains John Bardeen, Leon Neil Cooper et John Robert Schrieffer proposent une théorie qui rende compte de tous les effets observés. Cette théorie, dénommée B.C.S., montre que les électrons d'un supraconducteur interagissent avec les vibrations du réseau cristallin de telle façon qu'ils se regroupent par paires.

En 1962, le Britannique Brian Josephson démontre qu'un courant électrique doit exister entre deux supraconducteurs séparés par une fine couche isolante. Cette prédiction est rapidement vérifiée expérimentalement. Si on branche une pile entre les deux supraconducteurs, le courant se met à osciller. Cet effet Josephson est fortement sensible au magnétisme. On l'utilise pour mesurer des variations extrêmement faibles des champs magnétiques.

En 1987 à Zurich, l'Allemand Johannes Georg Bednorz et le Suisse Alexander Müller découvrent des céramiques qui restent supraconductrices jusqu'à des températures beaucoup plus élevées. Depuis lors, de nouveaux composés supraconducteurs à hautes températures ont été découverts.

Les applications de la supraconductivité restent cependant limitées par les très basses températures requises. Mais des accélérateurs de particules utilisent maintenant des aimants supraconducteurs pour minimiser la consommation électrique.

Auteur : Bernard Pire