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. C’est ainsi que fonctionnent les ampoules électriques, la résistance et la chaleur étant si grandes qu’il en résulte… de la lumière. Or 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 – soit une paille au-dessus du «zéro absolu» à -273,15°C –, la résistance tombe à zéro. Rien n’entrave plus le passage du courant! Quand il circule dans un anneau supraconducteur, sans perte d’énergie, le courant peut y «rester jusqu’à la fin des temps», dit Julien Bobroff, chercheur au CNRS. Pour créer le champ magnétique des appareils IRM, un «courant perpétuel» circule dans une bobine refroidie à l’hélium liquide. Si on utilisait des fils de cuivre, ils s’échaufferaient jusqu’à 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 a atteint 581 km/h en 2003.

Enfin, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), au CERN, près de Genève, utilise des milliers de bobines supraconductrices refroidies près du «zéro absolu»: l’immense courant qui peut y circuler produit un champ magnétique utilisé pour maintenir les particules chargées sur leur trajectoire circulaire.

Paires d’électrons

Il a fallu attendre 1957 pour comprendre l’origine de la supraconductivité dans les 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 (oxydes de cuivre, cuprates) supraconducteurs à -150°C. L’on accède ainsi au domaine dit «de la supraconductivité à haute température». Cette avancée sera récompensée par un Nobel attribué dès 1987 aux Allemands Johannes Bednorz et Karl Müller. Des recherches visent désormais à faire encore augmenter ce seuil.