#2 : Rien ne résiste à la supraconductivité [chronique de la fête de la science]

Publié par Garance Demarquest, le 29 octobre 2023   470

Cette année pour la fête de la science, on en a eu marre de n’être que visiteurs et on a voulu passer de l’autre côté de la table. Alors pour notre tout premier stand au nom de notre association Dio2 : les sciences en fusion, on a décidé de présenter quelques jeux sérieux avec des thématiques scientifiques. Nous c’est Anaëlle Gateau, Noé Bastard, Lisa Troalen, Camille Geourjon, Yulia Potié et moi, Garance Demarquest. Et puisque vous n’avez pas tous pu venir nous voir et nous écouter à notre incroyable stand, on s’est dit qu’on allait vous faire des articles pour corriger cette petite erreur. Et aujourd’hui, on part du côté de la supraconductivité avec le jeu Quantum Express

Quantum express : allez le plus loin possible

Au terme de nombreux efforts et d’une longue carrière, vous êtes enfin promu (supra)conducteur du Quantum Express, le train à sustentation magnétique le plus rapide de ce système solaire ! Aux commandes de ce bijou d’innovation, vous devrez régler la machinerie du train afin de le faire léviter le plus longtemps possible, tout en évitant les dépenses inutiles. Pour assurer la bonne lévitation de son train, vous devez manipuler la température et la pression exercées sur les pièces supraconductrices du train pour les garder dans les bonnes conditions. Sauf qu’à chaque gare traversée, ce sont de nouveaux lévitateurs qui seront équipées, et un nouveau matériau auquel s’adapter. Dans Quantum Express, on ne gagne jamais vraiment. Le but est d’accumuler le plus de points possible, en essayant de voyager toujours plus loin. La partie s'arrête lorsque le train s'arrête. Le record à notre stand était de 22 gares atteintes alors à vos manettes !

La supraconductivi-quoi ? 

En 1911, un physicien néerlandais, Heike Kamerlingh Onnes de son petit nom, remarque avec son équipe que s’il place du mercure à très basse température, soit -269°C, sa résistance électrique devient nulle. Il observe pour la première fois le phénomène de la supraconductivité. La résistance électrique nulle ça veut simplement dire que le matériau (ici, le mercure) transporte les courants électriques sans perdre d’électrons en chemin permettant d’atteindre des champs magnétiques intenses.

Ce qui se passe c’est que dans ces matériaux supraconducteurs, les électrons se regroupent par paires en interagissant avec les atomes autour d’eux, au passage d’un électron (1), les ions se déplacent légèrement attirés par la charge négative de l’électron (2). Ce déplacement génère une zone électriquement positive qui attire à son tour un autre électron (3) et encore et encore, formant une  vague collective. Cette vague d’électron va alors se propager sans subir de collision avec la matière du matériau, ce qui permet de conduire du courant électrique sans perte d’énergie. Mais ce phénomène n’existe qu’à basse  température lorsque les atomes du matériau ne vibrent pas trop, sinon les paires d'électrons se scindent et la résistance électrique du matériau réapparaît. La plupart des éléments chimiques peuvent devenir supraconducteurs lorsque la température est suffisamment basse, on parle de température critique. 

Ok mais à quoi ça sert ?

On retrouve les champs magnétiques dans énormément d'aspects de notre quotidien : médical, transports, télécommunications, électroniques, informatiques … On peut, entre autres, citer l’IRM, les accélérateurs de particules, la recherche sur la fusion nucléaire ou encore tout ce qui utilise des bobines réalisées à partir de matériaux supraconducteurs. Mais l'application la plus spectaculaire est sans doute le « MagLev », un train japonais utilisant la lévitation magnétique. Lévitant au-dessus d'un rail utilisant des aimants supraconducteurs, ce train prototype se déplace sans frottement et affiche un record de 552 km/h. 

Mais il y a encore beaucoup à découvrir sur la supraconductivité de certains matériaux, c’est d’ailleurs sur l’un de ces matériaux que la thèse de Timothée Vasina porte et qui est à l’origine du jeu Quantum Express. Le doctorant du laboratoire PHELIQS du CEA de Grenoble étudie plus particulièrement les propriétés du ditelluride d’uranium ou plus simplement l’UTe2. Si on s'intéresse particulièrement à ce matériau c’est parce qu’il pourrait bien servir de base à l’informatique quantique. La thèse aura donc pour objectif d'apporter de nouvelles informations sur la nature de la supraconductivité et du mécanisme associé, dans ce composé remarquable.

Et si vous voulez vous aussi jouez à ce jeu, vous pouvez le télécharger ou jouer en ligne ici.