4) Application des supraconducteurs :
Les matériaux conducteurs classiques tels que le cuivre
présentent des inconvénients majeurs. Le plus contraignant étant la perte
d'énergie électrique par dissipation thermique : l'effet Joule.
Ce phénomène limite fortement la densité de courant qu'un
câble électrique peut supporter, autrement dit, plus l'intensité du courant
conduit est élevée, plus la section du câble employé devra être grande. Le
problème se pose pour l'ensemble des circuits électriques et électroniques,
notamment dans les microprocesseurs qui nécessitent, pour les plus performants,
un refroidissement à l'azote liquide. Il limite aussi le champ magnétique
que peut créer une bobine comme celle des transformateurs et des I.R.M.
Pour réduire l'effet Joule, on emploie des câbles de gros
diamètre d'où un encombrement non négligeable.
A) Bobinages
L'I.R.M. (imagerie par résonance magnétique), découverte
vers 1945, est basée sur le fait que les atomes d'hydrogène du corps réémettent
l'énergie accumulée par un champ magnétique à une fréquence pouvant être détectée.
Grâce au développement de l'informatique et du traitement du signal, les vibrations
renvoyées permettent de recréer une image de l'intérieur du corps.
Dans ce procédé, les supraconducteurs apparaissent à deux
niveaux.
L'électroaimant créant le champ magnétique primaire voit
sa taille fortement réduite et sa puissance accrue, de plus
l'alimentation électrique est nécessaire uniquement pour
l'établissement du courant (le champ magnétique est dit
auto-induit).
Le détecteur d'ondes magnétiques secondaire, d'autre part,
devient plus précis et plus sensible.
La spectroscopie par résonance magnétique est basée sur
un principe similaire. Un échantillon soumis à deux champs magnétiques orthogonaux,
donne une réponse caractéristique de sa composition et de sa structure. L'induction
magnétique nécessaire est de l'ordre de 10 Tesla et une telle puissance implique
l'emploi de supraconducteurs.
Dans le domaine de la recherche sur la fusion nucléaire
ou fusion froide, les scientifiques essaient de reproduire des conditions
de température proche de celles qui règnent à l'intérieur du soleil. On crée
un plasma, sorte de soupe d'atomes superfluide et très chaude (plusieurs dizaines
de millions de degrés). Pour éviter que ce système n'interagisse avec son
contenant, il est confiné par voie magnétique dans une enceinte en forme de
tore. Là encore on a recourt à des bobines supraconductrices qui autorisent
des inductions élevées (dizaine de Teslas) pour un encombrement minimum.
Les collisionneurs et accélérateurs de particules capables
de propulser des particules subatomiques à des vitesses proches de celle de
la lumière n'auraient pas été viables sans les supraconducteurs.
On peut citer le Superconducting Super-Collider, un projet
américain qui n'a pas vu le jour car trop ambitieux et plus concrètement le
Large Hardon Collider (LHC) du CERN actuellement en construction sur la frontière
franco-suisse.
B) Mode de propulsion :
Les trains à lévitation magnétique détiennent le record
mondial de vitesse avec 517 km/h contre 515,3 km/h pour le TGV.
La lévitation est obtenue par répulsion magnétique entre
des bobines court-circuitées situées sur la voie et un inducteur embarqué
sur le train. Le train se déplace par interaction entre ces deux éléments.
Bien que la vitesse de déplacement en utilisation courante serait supérieure
à celle des trains sur rail, les contraintes liées aux infrastructures sont
actuellement trop importantes pour que les trains à lévitation magnétiques
se démocratisent.
A l'heure actuelle, il existe deux prototypes, l'un mis
en service en 1997 au Japon, le Mégalev, l'autre, le Transrapid est actuellement
en phase de test en Allemagne.
La propulsion des navires recourt aussi à l'utilisation
de bobines supraconductrices : la magnétohydrodynamique. L'eau de mer étant
conductrice, il est possible de l'accélérer dans un bobinage et de la rejeter
à l'arrière du bateau.
C) Production et transport de
l'électricité :
Les générateurs électriques à base de câbles supraconducteurs
ont un rendement proche de 99% et leur taille est à peu prêt réduite de moitié
ce qui en fait un produit très lucratif. De nombreuses sociétés implantées
pour la plupart aux Etats-Unis subventionnent les recherches dans ces domaines.
American Superconductor Corp. , par exemple, a déjà reçu
une commande pour l'installation d'un générateur de secours d'une puissance
de 3 millions de watts destinée à stabiliser la tension du réseau lors de
microcoupures ou de courtes pannes. Des transformateurs, jouant aussi le rôle
de régulateur de tension, dont les bobines sont constituées de SHTC sont actuellement
en phase de test près de Genève et de Norwalk en Californie.
D'autres projets concernant des câbles supraconducteurs
ont vu le jour outre atlantique, mais les tests se limitaient à des prototypes
courts capables de délivrer plus de 2000 ampères ou 100 millions de watts
pour un autre. Les composants ayant donné les meilleurs résultats sont construit
sur un ensemble de bandes (pour conserver la structure plane du matériau)
de SHTC tressées assemblés de façon coaxiale.
D) Electronique :
Les jonctions Josephson sont utilisées dans la construction
d'appareils de mesure tels que les voltmètres et les magnétomètres. Pour le
cas des magnétomètres, le courant induit par un champ magnétique extérieur
provoque au niveau d'une jonction un courant alternatif dont la fréquence
varie avec l'intensité de ce dernier.
Le principe de la diode Josephson permet maintenant de construire
des microprocesseurs dont la fréquence d'horloge dépasse les meilleurs ordinateurs
fabriqués en série.
La NASA en collaboration avec plusieurs universités effectue
des recherches sur un microprocesseur travaillant à une fréquence proche du
petaherz alors que l'ordinateur le plus puissant construit à l'heure actuelle
tourne à quelques terahertz. De telles performances seraient inaccessibles
sans l'utilisation de jonctions Josephson incorporées dans des transistors
à effet de champ.
La propriété des supraconducteurs de type 2 à pouvoir stoker
des champs magnétiques durablement en fait un support de stockage d'information
binaire ultra rapide et d'une fiabilité jamais égalée.
On peut aussi citer des projets comme un routeur informatique
pour la communication à haut débit, un gyroscope pour les satellites d'une
meilleure précision, des filtres électroniques plus ayant une meilleure sélectivité
ou encore un détecteur de lumière pour télescope capable de détecter un unique
photon.