La supraconductivité à température ambiante

Contexte historique

La supraconductivité est la propriété que possèdent certains matériaux de conduire le courant électrique sans résistance, et par conséquent, sans perte d'énergie.

En 1913, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) est récompensé par le prix Nobel de physique pour ses recherches sur les propriétés des matériaux à très basses températures. Parmi elles, il décrit en 1911 que, pour certains éléments, un changement brusque de leurs propriétés physiques se produit quand on les refroidit à des températures extrêmement basses, proches du zéro absolu, - 273 C. En particulier, la résistance électrique de ces matériaux devient inférieure à toute valeur mesurable, de sorte qu'un courant électrique continu peut y circuler sans dissipation d'énergie, donc quasi indéfiniment. On dit qu'il y a transition de l'état normal ou conducteur à l'état supraconducteur. Cette transition intervient à une température qualifiée de " critique ".

Dans un métal normal, les atomes, régulièrement disposés au sein d'un réseau, libèrent les électrons qui leur sont les moins liés. Ces électrons de conduction, peuvent se déplacer de façon assez libre à l'intérieur du métal et ainsi porter de l'énergie, le " courant électrique ". Le transport de l'énergie ne se fait pas sans perte : la " résistance " électrique. Mais dans un métal à l'état supraconducteur, tout se passe comme si les électrons se trouvaient soudainement libérés de toute interaction avec le réseau, la résistance électrique devenant nulle.

En 1950 fut émise l'idée que les électrons de conduction dans un métal pouvaient interagir entre eux par le biais du réseau atomique. De là une théorie microscopique satisfaisante de la supraconductivité est construite en 1957 : la théorie BCS, d'après les initiales de ses inventeurs : John Bardeen, Leon N. Cooper et John Schrieffer. Ces trois physiciens ont été récompensés du prix Nobel de physique en 1972. Cette théorie s'appuie sur la théorie quantique : elle propose que, dans les matériaux supraconducteurs, les électrons peuvent s'agglutiner en grand nombre dans un même état physique (condensation de Bose-Einstein) et, ainsi, ne peuvent pas perdre d'énergie par dissipation. Tout se passe comme si, pour ces particules, tous les mécanismes de perte avaient disparu.

Faisant référence à cette explication, de très nombreux physiciens étaient convaincus que le mécanisme de la supraconductivité ne permettait pas d'obtenir des températures critiques supérieures à une trentaine de kelvins. C'est pour cette raison que la découverte des Suisses Johannes Georg Bednorz et Karl Alexander Müller, en 1986, a connu un retentissement considérable : la supraconductivité était découverte dans un oxyde synthétique de cuivre, lanthane et baryum à une température critique de 35 K (- 238 C), plus élevée que toutes celles connues jusqu'alors. Une température critique supérieure à la température de l'azote liquide (77 K, soit - 196 C) fut rapidement atteinte dans un oxyde similaire. L'espoir est ainsi né de pouvoir synthétiser des supraconducteurs à température ambiante, bien qu'aucune théorie satisfaisante n'ait encore donné la clé de cette " supraconductivité à haute température ". Bednorz et Müller sont récompensés l'année suivante par le prix Nobel de physique, tandis qu'une " course aux températures critiques " commence, mobilisant de nombreux physiciens.

Après la découverte de 1993, il est apparu que les supraconducteurs ne parvenaient pas à avoir de bonnes performances pour la conduite de l'électricité. Toutefois, d'autres applications utilisent leurs propriétés magnétiques avec succès : production de forts champs magnétiques pour l'imagerie médicale (IRM) ; lévitation (train rapide Maglev).

Éclairage média

Pour sa rubrique Sciences de l'édition du soir, la rédaction de France 3 utilise deux formats complémentaires : le reportage et le plateau, où deux images en incrustation montrent le présentateur, d'une part, et des experts, d'autre part : le directeur de l'Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles (ESPCI) et un ingénieur d'EDF, spécialisé dans la recherche et le développement. La logique du reportage est de présenter la découverte due à Michel Lagues de l'ESPCI et d'en montrer les conséquences. Outre des images de laboratoire et l'interview du chercheur, il utilise une animation qui présente de façon très sommaire la supraconductivité, avant d'évoquer les applications potentielles (conduction de l'électricité ; prix Nobel) grâce à l'illustration par des images-support. On peut souligner que les propos des images dépassent largement le commentaire : par exemple, certaines d'entre elles présentent le phénomène de lévitation dont on a tiré des applications technologiques importantes, sans que celle-ci soit évoquée par la voix off.

Contrairement au reportage, l'utilisation du plateau est plus rare : son format indique la dimension " événement " du sujet. Après une discussion sur l'organisation des équipes de chercheurs et la concurrence que se livrent les institutions de recherche dans le cadre de cette " course à la température critique ", la rédaction consacre une séquence importante à analyser les conséquences techniques et économiques de la supraconductivité, grâce à l'interview d'Antoine Bastin d'Electricité de France (EDF).