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La supraconductivité à température ambiante a été un mot à la mode dans la science des matériaux pendant des décennies, mais maintenant elle pourrait enfin être une réalité, avec le potentiel de révolutionner la façon dont nous utilisons l’électricité.

La supraconductivité à température ambiante

Une énorme quantité de l’énergie que nous produisons, est gaspillée à cause de la résistance électrique, qui génère de la chaleur. Mais dans un matériau supraconducteur, le courant électrique peut circuler avec une résistance nulle, ce qui signifie que ces pertes ne se produisent pas. Cette propriété a rendu ces matériaux extraordinairement recherchés, mais jusqu’à présent, leur mise en œuvre nécessitait des températures très basses et des pressions extrêmement élevées.
« Si vous aviez un supraconducteur à température ambiante, que vous pouviez déployer à la pression atmosphérique, vous pourriez imaginer toute une série d’applications à grande échelle », déclare M. Brian Maple de l’université de Californie, à San Diego. « J’ai juste peur que la science des matériaux soit si difficile, que vous ne puissiez pas obtenir un supraconducteur suffisamment performant pour ces applications ».
Maintenant, Ranga Dias de l’université de Rochester, New York, et ses collègues ont résolu la moitié de ce problème. L’équipe a fabriqué un supraconducteur en écrasant du carbone, du soufre et de l’hydrogène entre deux diamants à une pression d’environ 70 % de celle que l’on trouve au centre de la Terre, et à une température d’environ 15 °C. C’est la température la plus élevée à laquelle la supraconductivité a jamais été mesurée, et la première que l’on peut raisonnablement appeler; température ambiante.
On s’attend à ce que l’hydrogène métallique solide soit à lui seul supraconducteur, mais il est incroyablement difficile à fabriquer, car il nécessite une pression extraordinaire. Les chercheurs ont découvert qu’en ajoutant du carbone et du soufre à l’hydrogène, celui-ci se comporte comme s’il était à une pression plus élevée qu’il ne l’est en réalité.

Créer une pression en ajoutant des éléments

« Supposons que vous soyez dans une pièce et que vous ayez quatre murs, une façon de vous comprimer est de rapprocher les murs de plus en plus près, mais vous pouvez aussi garder la même taille de pièce et ajouter 10 personnes dans la pièce, vous vous sentirez toujours serré », explique M. Dias. Dans cette expérience, ajouter du carbone et du soufre à l’hydrogène revient à ajouter plus de personnes dans la pièce : cela agit comme une précompression chimique de l’hydrogène.
Une fois que M. Dias et son équipe ont découvert que la résistance électrique de leur matériau était nulle à 15°C, ils ont effectué plusieurs autres tests pour confirmer qu’il était réellement supraconducteur, en s’assurant par exemple qu’il bloquait les champs magnétiques. « Ce sont des expériences très approfondies, elles ont pratiquement tout réglé – quand vous regardez les données, c’est stupéfiant à voir », dit Shanti Deemyad de l’Université de l’Utah. « Cela va secouer ce domaine ».
Des questions restent cependant en suspens. Par exemple, même si nous savons que le matériau supraconducteur est composé de carbone, de soufre et d’hydrogène, nous ne savons pas comment ces éléments sont liés entre eux. « Il n’est pas rare dans ce type de recherche de faire une expérience sans en connaître la structure », explique Eva Zurek de l’université d’État de New York à Buffalo. Des travaux théoriques supplémentaires seront nécessaires pour faire correspondre le comportement de ce matériau avec des modèles de divers composés, et comprendre ce que c’est exactement, dit-elle.
Dias et ses collègues s’efforcent maintenant de produire leur matériau à des pressions plus faibles. « Prenez le diamant : c’est une forme de carbone à haute pression, mais aujourd’hui, vous pouvez le créer dans un laboratoire avec des techniques de dépôt chimique », dit Dias. « Avant, il fallait une pression élevée, mais maintenant nous pouvons le créer – nous pouvons peut-être faire quelque chose de similaire avec des supraconducteurs ».

Si cela fonctionne ce sera une véritable révolution

Le fait que ce composé contienne trois éléments différents, alors que les autres supraconducteurs n’en contiennent généralement qu’un ou deux, le rend plus ajustable, ce qui, selon M. Dias, contribuera à l’effort visant à le faire fonctionner à des pressions plus faibles.
Si cela est possible, ce matériau pourrait être utilisé dans des applications allant de l’informatique quantique à la construction de meilleures machines d’IRM, en passant par la réduction drastique du gaspillage d’énergie lors de la transmission d’électricité. « Si nous pouvions fabriquer des fils supraconducteurs que nous n’aurions pas à refroidir, nous pourrions en principe remplacer tout un réseau électrique », explique M. Zurek. « Ce serait une véritable révolution. »
Cette recherche a été publiée dans Nature.
Source : New Scientist
Crédit photo : pexels

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