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La supraconductivité a 100 ans depuis le 8 avril 2011 !

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Par Laurent Sacco, Futura

Le 8 avril 1911, on découvre l'un des plus extraordinaires phénomènes physiques, manifestation à notre échelle de la physique quantique : la supraconductivité.

Le découvreur de la supraconductivité, le prix Nobel de physique Heike Kamerlingh Onnes. © Museum Boerhaave

Il y a presque un siècle, le Hollandais Heike Kamerlingh Onnes, grand spécialiste de la cryogénie, produisait de l'hélium liquide pour la première fois. L'expérience acquise pour réaliser cette découverte lui sera profitable car quelques années plus tard, en 1911 plus précisément, il se lança dans l'investigation des propriétés électriques de métaux monoatomiques à très basses températures, comme le mercure, l'étain et plomb.

Or, la théorie cinétique des gaz de Boltzmann et celle des électrons de Hendrik Lorentz, basée sur elle, aboutissent à une prédiction curieuse. En effet, le célèbre Lord Kelvin en déduisit qu'au sein d'un conducteur, les électrons devraient être à l'arrêt complet au zéro absolu. Si tel était le cas, cela signifierait que la résistivité électrique devrait tendre vers l'infini au fur et à mesure que l'on s'approche de la température de 0 kelvin (K).

Onnes et d'autres physiciens n'y croient pas et pensent même plutôt le contraire. La résistivité doit décroître progressivement jusqu'à zéro. Augustus Matthiessen avait en effet montré dans les années 1860 que la résistivité augmente généralement avec la température dans les métaux.

« Door meten, tot weten »… Par l’expérience, la connaissance !

C'est la devise que Kamerlingh Onnes va mettre en pratique le 8 avril 1911 lorsqu'il mesure avec son assistant Gilles Holst la résistance électrique du mercure refroidi par de l'hélium liquide. Ce jour-là, ils découvrent la supraconductivité en observant qu'à 4,2 kelvins la résistivité du mercure est nulle.

Le phénomène va passionner des générations entières de chercheurs et des théoriciens de premier calibre s'attaqueront à sa compréhension comme Lev Landau et Pierre Gilles de Gennes. Ce n'est que grâce à la mécanique quantique, avec la fameuse théorie BCS, que l'on comprendra enfin les événements se déroulant dans les supraconducteurs dits conventionnels.


Vidéo sur la découverte de la supraconductivité et ses applications. © CNRS Images/INP/Université Paris-Diderot

La supraconductivité sort du laboratoire

Devant les propriétés remarquables des supraconducteurs (permettre de transporter de l'énergie électrique sans perte ou de générer de puissants champs magnétiques par exemple), on se mit à rêver d'une technologie nouvelle, utilisable dans la vie de tous les jours.

Il faudrait pour cela que la supraconductivité puisse être obtenue non pas avec des matériaux refroidis à quelques kelvins mais à température ambiante ou presque. L'espoir d'obtenir rapidement cette technologie grandit en 1986 avec la découverte des supraconducteurs à hautes températures critiques par Georg Bednorz et Alex Müller. On cherche alors à comprendre les matériaux, tels les cuprates, dans lesquels une phase supraconductrice apparaît à « seulement » quelques dizaines de kelvins. Récemment, des travaux utilisant théorie des cordes ont peut-être permis d'y voir un peu plus clair.

De nos jours, les supraconducteurs sont présents dans de nombreux domaines. On peut citer l'électronique, l'imagerie médicale, les aimants du LHC, les Squids, des capteurs magnétiques ultrasensibles et l'on spécule même sûr les propriétés supraconductrices du vide ou d'éventuelles cordes cosmiques.

Un nouveau site grand public très complet montre tous les aspects et l'histoire de la supraconductivité depuis sa découverte par Onnes. Embarquez-vous pour un voyage fascinant dans le monde de la supraconductivité !

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