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On fêtera cette année les 100 ans de la découverte de la supraconductivité. L a supraconductivité est un domaine de recherche fécond et constitue un des grands défis de la physique moderne.

Le phénomène fut découvert en 1911 par un étudiant en physique, Gilles Holst, étudiant sous la direction du physicien néerlandais Kamerlingh Onnes. Kamerlingh Onnes aurait demandé à son étudiant de surveiller une expérience qu’ils étaient en train de mener sur les propriétés du mercure à très basse température (le domaine d’étude de prédilection de Kamerlingh Onnes). Or, l’étudiant laissa le protocole expérimental s’emballer, et atteindre par hasard des températures que le système ne devait pas atteindre. Cette erreur fut néanmoins fructueuse, puisque Gilles Holst et Kamerlingh Onnes montrèrent que la résistivité électrique (ou résistance électrique) du mercure devient non mesurable en dessous d’une certaine température appelée température critique Tc. Le terme non mesurable signifie ici que la résistance électrique du mercure chute de façon brutale au-dessous de Tc, de sorte que l’on ne peut plus la définir de façon conventionnelle. Pour cette découverte, Kamerlingh Onnes a reçu le prix Nobel de physique en 1913.

Qu’est ce que la supraconductivité ?

La supraconductivité est un état quantique de la matière. De nombreux métaux deviennent supraconducteurs quand ils sont refroidis à très basse température, parfois jusqu’à quelques degrés du zéro absolu. Ils présentent alors deux propriétés étonnantes : ils ne résistent plus au passage du courant électrique et expulsent de leur sein les champs magnétiques.
La supraconductivité est un des rares exemples où la physique quantique s’applique à grande échelle puisqu’elle met en jeu une véritable onde quantique unique formée d’un très grand nombre d’électrons sur des distances très grandes.

Dans la vidéo qui suit, un matériau (la pastille noire) devient supraconducteur. Il expulse alors les champs magnétiques créés par l’aimant (la galette métallique) ce qui créé une force qui repousse l’aimant et le fait léviter. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l’effet Meissner, qui est l’une des propriétés définissant la supraconductivité.

La supraconductivité est un des grands défis de la recherche actuelle en physique, à la fois du côté fondamental et des applications.

On a bien compris l’origine de ce phénomène dans les alliages et les métaux, mais ce n’est pas le cas dans les supraconducteurs les plus performants, les cuprates et les pnictures, découverts récemment. Les questions posées dans ces matériaux ont ouvert la voie à un vaste champ de recherche, qui met en jeu la physique quantique dans les solides et s’étend bien au delà, de la nanophysique aux gaz atomiques ultra-froids.

Sa compréhension et sa maîtrise ont, de plus, permis de développer de nombreuses applications, certaines déjà couramment utilisées, et d’autres en cours de développement très prometteuses, dans des domaines aussi variés que l’énergie, l’imagerie médicale, les télécommunications, l’électronique, l’informatique, la géophysique, et même l’archéologie...

Le CNRS se mobilise pour faire découvrir la supraconductivité

De nombreuses actions sont prévues durant toute l’année 2011 : conférences, production d’un film, exposition itinérante, dossier dans le journal d’avril du CNRS... Courant mars, un site intitulé www.supraconductivite.fr sera mis en ligne pour expliquer en détail et en images la supraconductivité à tous.
Un agenda des événements est d’ores et déjà en ligne sur le site événementiel SUPRA 2011. A signaler également, de nombreuses ressources sur la supraconductivité : podcasts audio, vidéos, images .
L’Institut de physique du CNRS compte ainsi faire découvrir cette thématique pluridisciplinaire, qui allie études fondamentales et applications , théorie et expériences et développement instrumental.

Liens utiles :
Texte scientifique numérisé : L’hélium liquide, de Kamerlingh Onnes, sur BibNum, bibliothèque numérique des textes fondateurs de la science. Résumé : Dans cette courte note adressée à l’Académie des sciences de 1908, Heike Kamerlingh Onnes rend compte de la première liquéfaction de l’hélium qui lui vaudra le prix Nobel en 1913. Il atteint alors une température d’environ -271,5°C, soit un peu plus de 1 degré au-dessus du zéro absolu. Cette liquéfaction ouvre ainsi la voie vers la cryogénie à l’hélium et permettra la découverte de la supraconductivité trois ans plus tard.
Voir d’autres vidéos sur la supraconductivité.

Crédits photographiques :
Lévitation d’un aimant placé au dessus d’une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l’azote liquide à -196°C. De la neige a été placée sur l’aimant en rotation. © CNRS Photothèque / Julien BOBROF