Supraconducteur

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Matériaux

n Un matériau supraconducteur perd toute résistance électrique si on abaisse suffisamment sa température. Ainsi le métal mercure devient supraconducteur à la pression ambiante lorsque sa température est inférieure à 4 K. Par ailleurs un supraconducteur est aussi sujet à l’effet dit « Meissner », c’est-à-dire qu’il peut « repousser » un champ magnétique que l’on cherche à lui imposer (les lignes du champ magnétique ne peuvent pas le pénétrer).

Effet Meissner

Le champ magnétique de l’aimant ne peut pénétrer le matériau supraconducteur.

n Depuis 1911 de nombreux matériaux se sont révélés être supraconducteurs (à basse température) : métaux et alliages (plomb, zinc, nitrure de niobium…).

Éléments supraconducteurs connus

Le tableau montre les éléments supraconducteurs à pression atmosphérique et ceux qui le deviennent à haute pression (et basse température !).

n Il existe une théorie (dite théorie BCS) qui explique le comportement supraconducteur de certains corps. On les nomme parfois supraconducteurs conventionnels. Ceux qui sont mal décrits par cette théorie sont dit non conventionnels. Depuis le milieu des années 1980 on a découvert des céramiques supraconductrices à plus haute température que les métaux, par exemple : YBa2Cu3O7 supraconductrice à 92 K.

On a également découvert des supraconducteurs organiques et d’autres à base de fullerène C60, par exemple : Rb3C60 supraconducteur à 27 K.

Les applications des supraconducteurs sont nombreuses :

  •  Le LHC (Large Hadron Collider au CERN en Suisse) utilise des électroaimants supraconducteurs produisant un champ magnétique de l’ordre de 10 T.
  •  Les projets de trains à lévitation magnétique : sustentation sans contact avec les rails (au Japon, un train expérimental a atteint une vitesse de l’ordre de 550 km/h).
  •  Confinement du plasma dans les tokamaks à l’aide d’aimants supraconducteurs produisant de forts champs magnétiques (20 T et plus), en particulier pour la fusion thermonucléaire.
  •  IRM (imagerie par résonance magnétique) dans le domaine médical, qui nécessite de forts champs magnétiques fixes.

D’autres recherches sont en cours :

  •  ordinateur à base de composants supraconducteurs permettant d’augmenter la vitesse de calcul ;
  •  transport de courants forts sur de courtes distances.

1. En synthétisant le texte ci-dessus, définir ce qui caractérise un matériau supraconducteur. Peut-on les répartir en différentes catégories ?

2. En analysant le texte ci-dessus, expliquer quelle propriété des supraconducteurs est le plus souvent utilisée dans les applications présentes et futures.

3. Préciser pourquoi un matériau supraconducteur peut permettre à un ordinateur de calculer plus rapidement.

4. En utilisant le texte ci-dessus, définir les différentes catégories de supraconducteurs. Donner à chaque fois un exemple.

5. L’effet Meissner est-il utilisé dans les applications industrielles ?