Des supraconducteurs dans des météorites : l'unobtainium d'Avatar à portée de main ? Ici, un échantillon de la météorite Mundrabilla. © Claire H, Wikipédia, CC by-sa 2.0

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Des supraconducteurs dans des météorites : l'unobtainium d'Avatar à portée de main ?

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On vient de découvrir des supraconducteurs dans des météorites. Ils sont ordinaires, c'est-à-dire que ces matériaux ne deviennent supraconducteurs qu'en dessous de quelques kelvins, mais voilà tout de même de quoi rendre un peu plus crédible l'existence de l'unobtainium d'Avatar, un supraconducteur à température ambiante.

Cela fait plus d'un siècle que l'on connaît le phénomène de supraconductivité mais on en parle davantage depuis quelques décennies parce que celui-ci est de plus en plus utilisé dans la technologie moderne au service de la science fondamentale, celle portant sur la physique des hautes énergies au LHC, sur la fusion contrôlée et aussi sur le cerveau avec l'IRM. Il s'agit à chaque fois de générer de puissants champs magnétiques dans des aimants supraconducteurs. Problème : il faut refroidir ces aimants presque au zéro absolu, ce qui n'est pas pratique.

Or, au milieu des années 1980, on a découvert qu'il existait des matériaux supraconducteurs à hautes températures critiques et il est alors devenu possible d'obtenir l'annulation de la résistance de certains de ces matériaux en utilisant de l'azote et non plus de l'hélium liquide. Cela permet de se rapprocher un petit peu plus du rêve qui consisterait à utiliser la supraconduction pour transporter l'électricité sans perte à longue distance, comme le montre l'exemple du câble mis en service en 2014 dans la ville allemande d'Essen (Ruhr). Le graal serait d'obtenir des matériaux supraconducteurs à température ambiante car ils permettraient vraiment de révolutionner notre technologie, par exemple en généralisant l'usage des trains en lévitation magnétique, les Maglev.

Le physicien Roland Lehoucq nous présente l'unobtainium d'Avatar, un supraconducteur à température ambiante. © Pinblue créations

Les matériaux supraconducteurs à température ambiante, un rêve ?

Pour le moment, malgré d'intenses recherches, de tels matériaux restent du domaine du rêve et sont un exemple d'unobtainium, un néologisme qui est la traduction de l'anglais utilisé en science-fiction pour désigner un métal ou un alliage dont les propriétés sont si exceptionnelles qu'il semble ne pas pouvoir exister (unobtainable signifie « impossible à obtenir »).

Dans le film Avatar, c'est le nom d'un minéral supraconducteur à température ambiante. La légende veut que ce terme soit né dans les années 1950 chez les ingénieurs de l'aérospatiale pour désigner un matériau idéal pour de futures machines mais, hélas, inexistant. Plus tard, semble-t-il, les ingénieurs de Lockheed l'ont repris à leur compte quand ils travaillaient sur le tout nouvel alliage à base de titane destiné à l'avion supersonique SR-71 Blackbird. Capable d'atteindre Mach 3, l'appareil devait supporter des températures très élevées (jusqu'à 500 °C), ainsi que des contraintes mécaniques fortes.

De façon surprenante, l'unobtainium d'Avatar, qui est censé s'être formé sur une exolune en orbite autour d'une géante gazeuse appartenant à un hypothétique système planétaire autour d'Alpha du Centaure, vient peut-être de se rapprocher un tout petit peu plus de la réalité à la suite d'une communication faite par un groupe de chercheurs états-uniens lors d'une réunion de l'American Physical Society mardi 6 mars 2018.

Ne manquez pas l'exposition « Météorites, entre ciel et terre ». Elle a lieu actuellement et se tiendra jusqu'au 10 juin 2018 à la grande galerie de l'Évolution du Muséum national d'histoire naturelle, au jardin des plantes de Paris. © Muséum national d'histoire naturelle

Un alliage supraconducteur d'indium et d'étain dans des météorites

L'unobtainium d'Avatar est censé ne pas se trouver sur Terre et être donc un minéral ou une roche extraterrestre qui a pris naissance dans des conditions physico-chimiques exotiques. Or, voilà que le physicien Ivan Schuller, de l'University of California à San Diego, et ses collègues viennent d'annoncer qu'ils avaient repéré des matériaux supraconducteurs dans deux météorites.

Il y a d'abord la météorite Mundrabilla, trouvée en Australie en 1911, précisément l'année de la découverte de la supraconductivité. C'est une sidérite de type IAB, largement composée de fer comme son nom l'indique mais contenant aussi des silicates et dont on a retrouvé environ 24 tonnes. Vient ensuite une météorite trouvée en Antarctique en 1995 dans une région baptisée Graves Nunataks. C'est une chondrite carbonée. Dans les deux cas, il y a présence d'un alliage à base d'étain et d'indium, avec peut-être aussi du plomb avec la météorite Mundrabilla. Celui-ci est connu des physiciens et possède une température critique d'environ 5 kelvins (-268,15 °C).

La découverte a été rendue possible en plaçant des échantillons de plusieurs météorites dans une cavité micro-ondes où régnait un fort champ magnétique constant auquel une petite composante variable et oscillante était ajoutée. L'absorption des ondes électromagnétiques par les échantillons changeait radicalement lorsqu'il y avait un supraconducteur.

Cette découverte remarquable ouvre la porte à plusieurs spéculations, par exemple sur l'existence de petits corps célestes supraconducteurs, et même, bien sûr, l'existence de météorites supraconductrices à température ambiante qui seraient nées dans des conditions de températures et de pressions très exotiques. On sait par exemple que la fameuse structure de Widmanstätten des sidérites ne peut apparaître que dans un alliage de fer et de nickel au cœur d'un corps céleste différencié refroidi très lentement, durant quelques millions d'années.

  • Des supraconducteurs à température ambiante révolutionneraient notre technologie en rendant probablement communs des trains à sustentation magnétique, des IRM miniaturisées et bien d'autres choses encore.
  • Ces matériaux restent pour le moment du domaine de la science-fiction, comme l'unobtainium d'Avatar, mais la réalité pourrait rattraper la fiction.
  • On vient en effet de découvrir des supraconducteurs ordinaires dans des météorites, des alliages à base d'étain et d'indium.
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