La supraconductivité en 2 mots

A très basses températures, les propriétés électriques et magnétiques de certains matériaux tels le plomb, le mercure ou certains oxydes changent radicalement. Ces matériaux deviennent supraconducteurs : ils n’opposent plus aucune résistance au passage du courant électrique et expulsent les champs magnétiques.

Le phénomène, découvert il y a cent ans, est une manifestation particulièrement marquante de la physique quantique à l’échelle humaine : les nombreux électrons du matériau se regroupent dans une même onde quantique qui s’étend sur de très grandes distances.

Aujourd’hui la supraconductivité est un domaine de recherche extrêmement actif , qu’il s’agisse d’élucider les mécanismes qui en sont à l’origine, de concevoir de nouveaux matériaux supraconducteurs ou d’étendre le champ des applications déjà nombreuses. Elle permet aussi de réaliser des lévitations spéctaculaires.

Un zéro pointé... de résistance !

Quand on fait passer du courant électrique dans un matériau, celui-ci résiste. En effet, les électrons responsables du courant électrique subissent des chocs qui les ralentissent. C’est ce qu’on appelle la résistance électrique.

L’origine de cette résistance et de ces chocs est bien comprise dans les métaux grâce à la physique quantique. Elle provoque un échauffement du matériau, l’effet Joule, responsable par exemple du fonctionnement du grille pain ou de l’ampoule électrique.

Mais dans un supraconducteur, il n’y a plus aucune résistance électrique et plus d’échauffement, un phénomène incompréhensible si on se limite à ce qu’on avait compris dans les métaux.

Il faudra attendre le milieu du XXème siècle pour comprendre ce que font vraiment les électrons dans un supraconducteur.

La lévitation

Dans un supraconducteur, deux effets différents permettent de faire léviter un aimant : l’effet Meissner, et le piégeage des vortex. L’effet Meissner va repousser l’aimant du supraconducteur, alors que le piégeage des vortex va maintenir l’aimant à l’endroit où il se trouvait quand le supraconducteur a été refroidi. Autrement dit, l’un repousse, et l’autre piège (sans attirer pour autant). On observe l’un ou l’autre de ces effets selon la nature du matériau et la force de l’aimant.

Dans cette vidéo, le supraconducteur est refroidi avec un aimant posé dessus, donc en présence d’un champ magnétique. À haute température, le champ magnétique pénètre complètement le matériau et passe à travers. Mais quand le matériau devient supraconducteur, l’aimant se met à léviter. D’où vient cet effet étrange ?

Dans un supraconducteur, les électrons se réunissent en une onde quantique collective, le condensat.

Le champ magnétique a tendance à « tordre » cette onde, et à créer un déphasage qui est défavorable à l’état supraconducteur. Mais cette onde supraconductrice est rigide, et ne peut pas être tordue, au risque de se briser. Le supraconducteur veut donc se protéger du champ magnétique en l’expulsant de son sein. C’est exactement ce qui se passe lors de l’effet Meissner.

Un aimant (ici métallisé) crée autour de lui un champ magnétique qui traverse tout matériau non magnétique comme la pastille noire. Quand la pastille noire devient supraconductrice à basse température, celle-ci expulse le champ magnétique. Cela crée alors une force sur l'aimant et le fait léviter : c'est l'effet Meissner.

Suite des explications sur le superbe site Supraconductivité.fr

100 ans après sa découverte, la supraconductivité continue à fasciner et donne plus en plus de fil à retordre aux scientifiques. Comment se fait-il que l'humanité, qui sait expliquer ce qui se passe à des millions d'années-lumière loin de la Terre, qui progresse à grand pas dans la compréhension du monde de l'infiniment petit, piétine depuis si longtemps devant l'énigme de la supraconductivité ?

Mais au fait, qu'est-ce que la supraconductivité ?

Refroidis à des températures extrêmes, près du zéro absolu (-273,15 °C), certains matériaux conducteurs acquièrent de surprenantes propriétés, liées à la physique quantique : ils n'opposent plus aucune résistance au passage du courant électrique-- ils deviennent supraconducteurs -- et excluent tout champ magnétique à proximité.