En présence d’un champ magnétique externe, les matériaux naturels - par exemple l’eau - engendrent, pour la plupart, un champ qui s’oppose au champ externe : ils sont dits “diamagnétiques”. A température ambiante, cet effet est très faible et n’est souvent perceptible que dans un fort champ externe.

Mais certains matériaux deviennent parfaitement diamagnétiques au dessous d’une température critique Tc (généralement très basse) et sont ainsi capables de chasser le champ ambiant : ce sont les supraconducteurs.

De nombreux matériaux sont supraconducteurs, par exemple

l’étain et l’aluminium; leur température critique est souvent

inférieure à -250°C. Depuis 20 ans, de nouveaux supraconducteurs à

haute température (Tc >-180°C), de

type céramique, ont été fabriqués ;mais aucun supraconducteur à température ambiante n’a encore

pu être obtenu.

Dans un métal conducteur, un courant électrique s’explique par le déplacement d’électrons libres; une bonne conduction se traduit par une résistance électrique faible et une dissipation

réduite des courants.

Dans un supraconducteur, le courant est porté par des paires d’électrons appariés qui peuvent se mouvoir sans aucune résistance ni dissipation. En présence d’un champ

magnétique, les paires d’électrons engendrent des courants de surface permanents, qui à leur tour créent au coeur du matériau un champ magnétique qui annule le champ externe : c’est

l’effet Meissner, découvert en 1933.

L’utilisation des matériaux supraconducteurs est promise à un grand avenir - notamment pour améliorer les performances de stockage et de transport de l’énergie.

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Lévitation magnétique d’un aimant par un supraconducteur

Tore Supra : le premier tokamak supraconducteur

pour l’étude de la fusion nucléaire contrôlée

© CEA

Vue au microscope d’un supra-conducteur à haute température de type céramique au mercure © National High Magnetic Field

LaboratorySupraconductivitéet effet Meissner

Des aimants à base de supraconducteurs sont aujourd’hui utilisés pour produire des champs magnétiques continus très intenses. Ils sont indispensables à d’importants projets

de recherche en physique des particules (par exemple le LHC) ou aux expériences de fusion nucléaire magnétiquement contrôlée (comme le tokamak Tore Supra). Ils sont aussi très utilisés pour des applications médicales (l’imagerie par résonance magnétique IRM) et

industrielles (les trains à lévitation magnétique Transrapid et MagLev).