Etudier le magnétisme pour comprendre la supraconductivité

Des travaux de l’École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) pourraient aider à développer de nouveaux matériaux permettant de transporter l’énergie électrique sans pertes.

Pour y parvenir, les chercheurs progressent dans la compréhension du magnétisme à l’échelle de l’atome.

Comment transporter sans pertes l’énergie électrique d’une éolienne géante off-shore vers les terres ? Les matériaux supraconducteurs dits «à haute température» – moins 140°C tout de même ! – devaient aider à résoudre ce problème. Ils permettent de conduire l’électricité sans perte. Mais en un quart de siècle, les chercheurs n’ont fait aucune avancée exploitable dans ce domaine. A l’aide du Laboratoire de magnétisme quantique de l’EPFL et du Brookhaven National Laboratory (BNL), la situation pourrait changer. En comprenant mieux le magnétisme à très petite échelle, les physiciens disposent enfin d’un outil pour rechercher de nouveaux matériaux supraconducteur.

Etudier une couche ultra fine

Excellents isolants électrique à température ambiante, certaines céramiques deviennent parfaitement conductrices une fois plongées plongée dans de l’azote liquide. Ce phénomène, dit de supraconductivité « à haute température », échappait totalement aux physiciens. Ils supposaient que les propriétés magnétiques collectives quantiques des atomes entraient en jeu à ces températures. Mais étudier les propriétés magnétiques de ces matériaux à cette échelle aurait pris nombreuses années !

Mark Dean, John Hill et Ivan Bozovic du Brookhaven National Laboratory (BNL), Thorsten Schmitt du Paul Scherrer Institut (PSI), Bastien Dalla Piazza et Henrik Ronnow de l’EPFL ont pu comprendre les phénomènes en jeu à cette échelle atomique. L’équipe new-yorkaise a mobilisé un appareil unique pouvant créer des échantillons sous la forme d’une couche d’un atome d’épaisseur seulement. Malgré cette taille minuscule, les scientifiques du PSI ont pu utiliser leur instrument ultrasensible pour mesurer la dynamique magnétique des atomes. Il ne restait à l’EPFL qu’à fournir les modèles mathématiques pour analyser les mesures.

Enfin un outil de recherche

« Nous avons une lampe-torche qui nous éclairera sur la direction à prendre pour nos recherches ! », explique Henrik Ronnow du Laboratoire de magnétisme quantique. Car faute d’avoir pu comprendre comment ces propriétés apparaissent à ces températures, les chercheurs tâtonnaient pour trouver de nouveaux matériaux. En combinant ces résultats avec d’autres travaux récents menés par Nikolai Tsyrulin, les scientifiques de l’EPFL disposent d’une nouvelle méthode pour les guider dans la recherche de nouveaux supraconducteurs. Une avancée bienvenue, plus de 25 ans après le Prix Nobel qui a récompensé la découverte de cette supraconductivité particulière.

Promesses pour le futur

La résistance électrique des lignes traditionnelles fait perdre un peu moins de 3% d’énergie au réseau. A l’échelle d’un pays, cela représente des pertes de plusieurs milliers de gigawatts, soit l’équivalent de la consommation d’une ville comme Genève dans le cas de la Suisse ! « Les défis liés à l’énergie sont énormes et pouvoir utiliser la supraconductivité ne résoudrait pas tout, mais permettrait déjà de grandes économies », ajoute le physicien.

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