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Train en lévitation magnétique, imagerie IRM, accélérateurs de particules... Cent ans après la découverte de la supraconductivité, ces applications utilisent les étonnantes propriétés des matériaux conduisant le courant électrique sans perdre une miette d'énergie.

Dans un fil électrique normal, une partie de l'énergie transportée se transforme en chaleur, car les électrons qui se déplacent dans le métal rencontrent une résistance.

Le 8 avril 1911, le physicien néerlandais Heile Kammerlingh-Omnes qui étudiait la résistance électrique d'un brin de mercure refroidi dans l'hélium, découvre de façon inattendue que ce métal conduit infiniment mieux le courant à très basses températures. A -269°C, la résistance tombe à zéro. Rien n'entrave plus le passage du courant.

Quand il circule dans anneau supraconducteur, sans perte d'énergie, le courant peut y "rester jusqu'à la fin des temps", explique Julien Bobroff, chercheur au CNRS et enseignant à l'Université Paris-Sud.

Pour créer le champ magnétique des appareils d'imagerie IRM, une sorte de "courant perpétuel" circule dans une bobine refroidie à l'hélium liquide.

Si on utilisait des fils de cuivre, ils s'échaufferaient et finiraient par fondre. Rien de tel avec un supraconducteur.

Autre propriété étonnante, découverte en 1933 par les physiciens Walter Meissner et Robert Ochsenfeld : les supraconducteurs expulsent le champ magnétique qui les traverse, pouvant ainsi induire des effets spectaculaires de lévitation.

Le train le plus rapide du monde lévite à plusieurs centimètres au dessus des rails dans la région de Yamanashi au Japon. Ce train MagLev (à lévitation magnétique) a atteint 581 km/h en 2003.

Il a fallu attendre 1957 pour comprendre l'origine de la supraconductivité dans métaux et alliages. Les électrons s'y regroupent par paires (dites de Cooper) formant une sorte de vague collective qui se propage sans subir de collisions au sein de la matière. Le prix Nobel de physique 1972 a été accordé aux auteurs de cette explication.

D'abord limitée aux températures inférieures à -250°C, la supraconductivité suscite un regain d'espoirs avec la découverte, en 1986, de nouveaux matériaux, des oxydes de cuivre ou cuprates, supraconducteurs à -150°C. Cette avancée sera récompensée par un prix Nobel attribué dès 1987 aux deux chercheurs Johannes Bednorz et Karl Müller.

La famille des supraconducteurs s'élargit encore vingt ans plus tard avec les pnictures à base de fer.

En 2011, la température la plus élevée atteinte par un supraconducteur reste très basse (- 109°C). Le refroidissement peut être assuré par de l'azote liquide, plus simple à manipuler que l'hélium liquide, mais on est encore loin de matériaux utilisables à température ambiante.

Les chercheurs espèrent toujours y parvenir. Mesurés en Kelvin (le zéro absolu = 0 Kelvin = -273 °C), les progrès sont évidents : en cent ans, on est passé de 4 K à plus de 130, voire 160 K, il faut "encore multiplier par deux pour arriver à température ambiante", relève Yvan Sidis (Laboratoire Léon-Brillouin, CEA/CNRS).

Au delà des applications pour des accélérateurs de particules du LHC à Genève ou le réacteur expérimental à fusion nucléaire Iter, où de puissants champs magnétiques sont indispensables, les supraconducteurs permettent aussi de créer des capteurs ultrasensibles.

Grâce à une boucle d'amplification magnétique, de tels capteurs sont capables de détecter une voiture à 5 km, souligne un chercheur.

Utilisés notamment dans l'industrie automobile, ils peuvent aussi mesurer d'infimes champs magnétiques dans le corps humain, ouvrant la voie à de nouvelles formes d'imagerie.