La supraconductivité permet de générer un champ magnétique très intense, capable de faire léviter des objets.

C'est une de ces petites découvertes en physique qui ont le don de surprendre leur monde. Des chercheurs de l'Université Aoyama-Gakuin à Tokyo ont annoncé le 1er mars, dans une communication parmi les plus brèves que la revue Nature a publié de mémoire d'homme, que le borure de magnésium (MgB2) devient supraconducteur en dessous de la température de 39° Kelvin (-234° Celsius). Cette valeur est beaucoup plus basse que le record actuel (133° K), détenu depuis 1992 par un composé très complexe à base de mercure, le HgBa2Ca2Cu3O8. Mais elle est la plus élevée connue pour un composé aussi simple chimiquement que le MgB2. C'est donc avec un enthousiasme non dissimulé que des équipes du monde entier se sont ruées dans ce nouveau champ de recherche. Depuis que la découverte a commencé à se diffuser par courrier électronique courant janvier, une dizaine d'articles sur le borure de magnésium ont déjà été soumis pour publication dans des revues spécialisées.

C'est évidemment par hasard que les physiciens japonais ont découvert les vertus supraconductrices du MgB2. Cette substance est connue depuis 1953 et s'achète par kilos entiers auprès d'entreprises chimiques. Elle est utilisée pour des réactions spéciales et dans le processus de production du bore élémentaire. C'est en cherchant quelque chose d'autre que le professeur Jun Akimitsu et ses collègues ont vu la résistance électrique de leur échantillon miraculeusement tomber à zéro dès que la température est passée en dessous de 39 °K.

Les physiciens de Genève ne sont pas restés insensibles à l'appel de la nouveauté. Plusieurs équipes travaillent sur la supraconductivité et ont immédiatement suivi la voie des chercheurs japonais. «C'est surprenant qu'un composé métallique aussi simple que le borure de magnésium ait échappé durant 20 ans aux chercheurs, commente Øystein Fischer, professeur au Département de physique de la matière condensée à l'Université de Genève. On pensait avoir tout testé.»

Contrairement aux céramiques à base d'oxydes de cuivre dont les températures de transition se situent au-delà des 100 °K – sans que l'on comprenne vraiment pourquoi –, le MgB2 semble d'ores et déjà obéir à la théorie BCS, qui est la théorie classique de la supraconductivité. «Le MgB2 promet donc de devenir un modèle, une référence théorique pour la supraconductivité, précise Øystein Fischer. Il est également imaginable d'améliorer ses performances en ajoutant des impuretés bien choisies. Mais pour cela, il faut commencer par contrôler parfaitement le borure de magnésium. Nous y travaillons d'ailleurs déjà.»

Une matière supraconductrice se caractérise par une absence totale de résistance électrique. Il est donc théoriquement possible d'y faire circuler des électrons en boucle aussi longtemps que dure l'univers. En réalité, les inévitables impuretés empêchent d'atteindre cette situation idéale. Il n'en reste pas moins que la résistance chute de plusieurs ordres de grandeur lorsqu'un matériau devient supraconducteur. Cet état n'est atteint qu'en dessous d'une certaine température. Une agitation thermique excessive fait sortir les électrons de l'état quantique très particulier qui leur confère cette propriété.

C'est en 1911 que l'on découvre que la résistance du mercure s'annule brutalement en dessous de 4,2 °K. La recherche démarre aussitôt mais il semble que les métaux et les alliages ne parviennent pas à faire monter la température critique au-dessus de 23,2 °K (-250 °C), ce qui limite les applications. En 1986, pourtant, Georg Bednorz et Alexander Müller, deux chercheurs des laboratoires IBM de Zurich, découvrent des céramiques dont les températures critiques se situent au dessus de 77 °K. Un prix Nobel est immédiatement venu saluer cette avancée en 1987. La rapidité de l'institution suédoise illustre bien les espoirs qu'a fait naître cette nouvelle technologie.

Aujourd'hui, on exploite la supraconductivité dans de nombreuses applications avec des métaux ou des alliages. Les appareils d'imagerie médicale par résonance magnétique, le prochain accélérateur de particules LHC du CERN à Genève et de nouveaux trains à grande vitesse développés au Japon, par exemple, en sont (ou en seront) équipés. L'industrie de la téléphonie mobile ou les centrales électriques sont également à l'affût des derniers développements dans ce domaine.