Supraconducteurs et propriétés de lévitation

Résumé du document

Les matériaux dits « supraconducteurs » présentent une propriété remarquable : dans certaines conditions, ils n'opposent plus aucune résistance au passage du courant ; la perte d'énergie par effet Joule est donc nulle et un courant peut ainsi se propager indéfiniment dans un matériau supraconducteur.
Ce document présente en premier lieu une le principe de supraconductivité et les supraconducteurs, puis une propriété remarquable qu'ont les matériaux supraconducteurs : ils permettent la lévitation d'objets macroscopiques. En troisième et dernière partie est présentée une application de cette propriété : le transport de passagers à grande vitesse par un train à lévitation magnétique, le Maglev.

Extraits

[...] Le stockage de l'énergie serait incroyablement facilité. En électronique et microélectronique, l'utilisation des supraconducteurs permettrait une plus grande miniaturisation des circuits et ainsi un accroissement exponentiel de la puissance de traitement, tout en gardant une consommation d'énergie très basse. Aujourd'hui les recherches se portent en particulier sur les nouvelles céramiques, et certains chercheurs rêvent de découvrir d'ici quelques années un supraconducteur utilisable à température ambiante. Les travaux relatifs à la mise en forme des oxydes de cuivre ne datent que d'une petite décennie, puisque les premières années suivant leur découvert furent essentiellement consacrées à la synthèse de nouveaux composés et à la compréhension de leurs propriétés supraconductrices. [...]

[...] L'effet Meissner constitue la base du phénomène de lévitation magnétique. Ils ont montré que les supraconducteurs, pour une température inférieure à la température critique possèdent non seulement une résistance électrique nulle mais également un comportement diamagnétique : les supraconducteurs sont imperméables aux champs magnétiques, ils les repoussent. En effet, si un corps diamagnétique ( : permittivité négative) est placé dans un champ magnétique, l'expulsion des lignes de champ du corps en question se traduit au niveau macroscopique par l'existence d'un moment magnétique, dont l'orientation est telle que le corps a tendance à se déplacer vers les régions de faible champ magnétique sous l'action d'une force magnétique. [...]

[...] A l'heure actuelle, le matériau supraconducteur le plus utilisé est un alliage métallique de niobium et de titane (NbTi), dont la température critique est de l'ordre de 9K à 0T. En dehors du NbTi, on trouve également sur le marché, bien qu'en quantités moindres, un composé intermédiaire de niobium et d'étain, de formule Nb3SN, dont la température critique est d'environ 18K à 0T. Plus fragile que le NbTi, il demeure pour le moment réservé à des applications spécifiques dans le domaine des champs magnétiques élevés. [...]

[...] C'est le fruit de la combinaison de la technologie des supraconducteurs avec celle des moteurs linéaires. Ce train est sans nul doute le transport idéal car il réussit à allier haute vitesse (record du monde : 550 sécurité, fiabilité, respect de l'environnement et finalement, il nécessite très peu d'entretien. Afin de permettre au Maglev d'entrer en lévitation et d'être propulsé grâce à l'électromagnétisme, les ingénieurs japonais disposent de deux méthodes : la sustentation magnétique et la répulsion électrodynamique Le premier principe consiste à équiper le train de deux électroaimants, qui s'enroulent autour de chaque côté du rail de guidage du train. [...]

[...] Il dénomma ce phénomène supraconductivité. Peu de temps après, il observa que l'application d'un champ magnétique de quelques centaine d'œrsteds A.m-1) provoquait la disparition de la supraconductivité d'un échantillon de mercure. Il en était de même s'il tentait de faire passer un courant important dans l'échantillon : ainsi apparaissaient déjà les trois paramètres fondamentaux gouvernant la supraconductivité : la température le champ magnétique H et la densité de courant électrique J. On sait maintenant que l'on peut définir, dans un espace une surface critique délimitant la région où la supraconductivité existe d'une autre région où on observe un comportement métallique normal. [...]