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Jan
21

La supraconductivité, 100 ans après.


Préface de l’Ouvrage « La supraconductivité : 100 ans après » par J.M. Courty et J. Bobroff

La supraconductivité, 100 ans après. Steven Blundell. (Editions Belin 2011)

8 Avril 1911, première observation de la supraconducti­vité : à quelques degrés du zéro absolu la résistance électrique d’un métal comme le mercure s’annule totalement. 1986, découverte des supraconducteurs à « haute température » : à la surprise générale, l’azote liquide suffit à les rendre supra­conducteur. Tous les espoirs d’application sont permis. 2008, nouveau rebondissement : des composés à base de fer sont supraconducteurs. La course vers la supraconductivité à tem­pérature ambiante est réouverte.

Stephen Blundell, un des spécialistes mondiaux de la supra­conductivité, nous entraîne ici dans une aventure scientifique extraordinaire, à l’origine de treize prix Nobel ! Surtout, il nous présente un phénomène fascinant : un courant électrique peut tourner dans une bobine de fil supraconducteur sans résis­tance et se maintenir ainsi des dizaines d’années ! Encore plus impressionnant, un supraconducteur expulse les champs magnétiques et fait léviter les aimants. Pour les physiciens, la supraconductivité est l’un des problèmes les plus stimulants de la physique moderne : comment des milliards de milliards d’électrons dans un solide parviennent à se regrouper pour former une onde quantique unique aux propriétés aussi remar­quables ? Enfin, longtemps curiosité de laboratoire, la supra­conductivité est maintenant présente dans tous les hôpitaux à l’intérieur des IRM (ou imagerie par résonance magnétique), elle accompagne les chercheurs du LHC dans la quête des particules élémentaires et fait léviter le train le plus rapide au monde.

Pour nous faire pénétrer ce domaine riche et complexe, Stephen Blundell fait preuve d’un talent pédagogique hors pair, comme dans les nombreux ouvrages de physique qu’il a déjà écrits. Il réussit le tour de force de raconter et d’expliquer en termes simples ce qu’est un supraconducteur, sans formule – une première ! Dans ce récit très vivant, l’approche histo­rique nous fait entrer de plein pied dans les laboratoires de recherche et partager les prouesses des chercheurs du froid, les impasses, les rebondissements, la compétition féroce mais aussi de formidables rencontres et des succès inattendus. Cent ans après sa découverte, la supraconductivité reste un des sujets de recherche les plus étudiés dans les laboratoires. Et l’auteur nous fait justement toucher du doigt cette recherche en marche, avec les découvertes les plus récentes, comme ces pnictures supraconducteurs à base de fer dont la découverte en 2008 a surpris toute la communauté scientifique. Aujourd’hui en 2011, on commence à comprendre ces matériaux qui apportent un nouveau regard sur la supraconductivité à haute température.

Pour compléter le point de vue de l’auteur, rappelons ici les contributions souvent marquantes de la communauté des chercheurs français, très actifs dans ce domaine. Ainsi, Pierre-Gilles de Gennes s’est illustré dans les années 1960 grâce à des travaux caractérisés par une très forte collaboration entre théoriciens et expérimentateurs. Son équipe expérimentale mit en évidence plusieurs effets qu’il avait prédits, notamment sur l’influence microscopique d’un champ magnétique, ou des effets de surface. C’est en partie en s’inspirant de la supracon­ductivité qu’il révolutionna ensuite le domaine des cristaux liquides et des polymères, ce qui lui valut un prix Nobel en 1991. Alors qu’on croyait la supraconductivité réservée aux métaux, en 1979, l’équipe de Denis Jérôme découvrit en outre que certains composés organiques pouvaient devenir supra­conducteurs. En 1989, Henri Alloul et ses collègues mirent en évidence l’apparition d’un étrange phénomène dans les supraconducteurs les plus chauds, le « pseudogap », qui pas­sionne actuellement les chercheurs. En 2001, Hélène Bouchiat et son groupe découvrirent de la supraconductivité dans des nanotubes de carbone. Aujourd’hui, avec plusieurs dizaines de laboratoires se consacrant à ce sujet, la France est l’un des pays-phares du domaine. L’école des théoriciens français des « systèmes quantiques fortement corrélés » contribue à l’éluci­dation de ce phénomène encore mal compris. Physiciens et chimistes du solide travaillent de concert à concevoir, synthé­tiser et caractériser de nouveaux composés supraconducteurs. Tandis que de nombreuses équipes se consacrent aux appli­cations pour l’énergie, l’imagerie médicale, la géophysique, la nanophysique ou les accélérateurs de particules.

Revenons au livre de S. Blundell : comme tous les bons ouvrages, ce que nous en retirons dépasse largement les questions abordées. Le récit historique a le mérite de nous faire entrer progressivement dans le sujet, mais aussi et peut-être surtout de mieux faire saisir comment se construit une démarche en physique fondamentale. Le cas du pionnier Kam­merling Onnes est exemplaire. La découverte de la supracon­ductivité en 1911 est pour lui une surprise tout à fait inat­tendue. Pourtant , il ne s’agit pas là d’un coup de chance ou d’un hasard. Au contraire, c’est parce qu’ils voulaient étudier le comportement de la matière à ultra-basse température que Onnes et son équipe développèrent un laboratoire de cryo­génie et cher chèrent à liquéfier de l’hélium à quelques degrés du zéro absolu. Ce que Onnes avait planifié, ce n’était pas la découverte, une surprise pour tous, mais les conditions de son obtention. Gageons qu’après cette lecture, si vous avez l’occasion de ren­contrer un chercheur fondamental, vous ne lui demanderez pas « Que vas-tu trouver ? » mais plutôt « Pourquoi cherches-tu dans cette direction ? ».

Enfin, pour nous qui sommes attachés à partager avec le plus grand nombre notre passion de la physique, nous ne pou­vons que saluer la publication de ce livre qui rend palpable un domaine bien souvent mystérieux : la physique quantique. Avec la supraconductivité, quelle belle porte d’entrée. Si, lors d’une visite dans un musée scientifique ou de portes ouvertes dans des laboratoires, vous avez l’occasion d’assister à une démonstration du phénomène, n’hésitez pas à vous y précipi­ter. Pour qui a déjà vu une lévitation supraconductrice enro­bée de son nuage d’azote, la physique de la matière prend un nouveau visage !

Les auteurs

Julien Bobroff est professeur à l’université Paris-Sud et chercheur au Laboratoire de physique des solides.
Jean-Michel Courty est professeur à l’université Pierre-et-Marie-Curie et chercheur au Laboratoire Kastler-Brossel.
Ils sont tous deux chargés de mission au CNRS dans l’équipe communication de l’Institut de physique.

En savoir plus sur la supra

Site pédagogique sur la supraconductivité : www.supraconductivite.fr

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