SUPRACONDUCTIVITÉ
Applications de la supraconductivité
En l’état actuel, l’usage des supraconducteurs, potentiellement considérable, reste asservi à la nécessité d’installations réfrigérées à l’hélium liquide ou à l’azote liquide. Sous cette réserve, les supraconducteurs ont permis deux grands types d’applications
Les applications à un courant faible
Les applications à un courant faible pour l’électronique et pour des capteurs très sensibles utilisent principalement l’effet Josephson.
Métrologie
On a vu que l’effet Josephson alternatif donne une relation simple entre la différence de potentiel (ddp) V appliquée à la jonction et la fréquence émise f :
dans laquelle les constantes ћ (constante de Planck) et e (charge de l’électron) étant connues avec une grande précision, on obtient :
V (en volt) = 2,06783366(52) × 10–15 f (en hertz).
La fréquence f d’une onde électromagnétique étant une des grandeurs physiques mesurée avec la plus grande précision, les physiciens ont décidé d’utiliser la formule précédente pour définir le volt étalon. Celui-ci était précédemment défini par une pile « Daniel » déposée au pavillon Breteuil à Sèvres, siège officiel du Bureau international des poids et mesures. Cette pile Daniel a été remplacée par des diodes Josephson, la définition du volt rejoignant celle des autres unités fondées sur des constantes universelles de la physique.
Détecteurs et mélangeurs utilisés en radioastronomie
On a observé un rayonnement électromagnétique cosmique dans le domaine des micro-ondes (1012 à 1014 Hz), le cosmicmicrowave background ou CMB. Cette observation a été attribuée à l’expansion de l’Univers depuis le big bang, et au refroidissement qui s’est ensuivi. La détection de ce rayonnement d’intensité très faible nécessite une grande sensibilité des instruments de mesure. Les détecteurs Josephson étaient les candidats idéaux... Ils équipent les derniers satellites Cobe et Planck, lancés pour cette observation. Le rayonnement mesuré correspond à celui d’un corps noir à T = 2,7252 ± 0,004 K. Cette observation a permis une mesure précise de l’âge de notre Univers, depuis le « big bang » (13,8 milliards d’années).
Circuits logiques et ordinateurs quantiques
Il est possible de construire un bit (unité la plus simple, 1 ou 0, d’un système de numération) avec une jonction Josephson : V = 0, J = J0, valeur 0 ; V ≠ 0, J très faible, valeur 1.
L’avantage de cette technologie réside dans la très faible consommation d’énergie nécessaire à son fonctionnement et la grande vitesse de commutation (≈ 10–14 s), le gros désavantage étant, bien sûr, la nécessité de très basses températures. Après de nombreux essais, cette idée avait été abandonnée, mais un regain d’intérêt est néanmoins revenu avec la recherche sur les ordinateurs quantiques, car la jonction Josephson est un qubit (quantum bit, unité quantique de numération) presque idéal.
Mesure de très faibles champs magnétiques
Le Squid permet de détecter des champs magnétiques de très faibles intensités, la sensibilité limite étant de l’ordre de 10–14 tesla. Des magnéto-encéphalographes à Squid ont été fabriqués, ils permettent de détecter les très faibles variations de champ magnétique, associé aux courants électriques circulant dans le cerveau. Ils sont de l’ordre de 10–13 tesla. Leurs usages (y compris en cardiologie, donnant des signaux de l’ordre de 10–10 tesla) restent limités par la nécessité de très basses températures.
Les applications à un courant fort
Les applications à un courant fort se trouvent dans le domaine de l’électrotechnique Dans les applications nécessitant des champs magnétiques élevés et des courants électriques intenses, seuls les supraconducteurs de type II sont utilisés et principalement le NbTi.
Courant critique
Lorsqu’on augmente l’intensité[...]
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Écrit par
- Julien BOK : ancien directeur du laboratoire de physique de l'École normale supérieure
Classification
Médias
Première mise en évidence de la supraconductivité
Encyclopædia Universalis France
Lévitation magnétique
Julien Bobroff/CNRS Photothèque
Lev Landau
Fox Photos/ Getty Images
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