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La frénésie des supraconducteurs, expliquée.

Trouver les meilleures façons de faire le bien.

Ces derniers jours, j'ai rechargeé frénétiquement mes comptes Twitter pour essayer d'en apprendre le plus possible sur le LK-99, le prétendu supraconducteur à température ambiante et à pression ambiante qu'une équipe de physiciens basée en Corée du Sud prétend avoir identifié.

C'est peut-être une semaine après que j'ai appris ce qu'est un supraconducteur ou pourquoi il est important qu'il soit à température ambiante ou à pression ambiante. Mais en quelques jours, je suis passé d’une ignorance quasi totale à une joie totale face aux possibilités promises par la technologie. À condition, bien sûr, que ce soit réel.

Vous aussi, vous pouvez faire ce voyage de l’ignorance au vertige. Les détails sur la façon de fabriquer et d’étudier les matériaux supraconducteurs sont incroyablement complexes, et le travail en question est effectué par de grandes équipes de physiciens opérant à la pointe du domaine. Mais la science expliquant pourquoi c’est important est, en comparaison, relativement simple.

La supraconductivité à température ambiante, si possible, ouvre la porte à des avancées technologiques stupéfiantes. Cela pourrait rendre le transport de l’électricité beaucoup plus efficace ; entraîner une charge plus rapide et des batteries électriques de plus grande capacité ; permettre une énergie de fusion nucléaire pratique et sans carbone ; et rendre l’informatique quantique – des ordinateurs capables de résoudre des problèmes trop complexes, même pour les ordinateurs existants les plus rapides – réalisable à une échelle beaucoup plus grande.

Un supraconducteur largement utile et facile à fabriquer, capable de fonctionner à des températures normales, constituerait une énorme avancée. Plusieurs commentateurs l’ont comparé à l’invention du transistor en 1947, une technologie sans laquelle les décennies de progrès informatiques ultérieurs n’auraient pas été possibles. Même si le LK-99 en lui-même ne constitue pas une avancée majeure, son émergence a ravivé l'intérêt du public pour la supraconductivité en général et constitue un rappel utile de l'utilité des progrès dans ce domaine.

Commençons par les bases ; si vous êtes électricien ou si vous vous souvenez mieux que moi de la physique au lycée, n'hésitez pas à sauter cette partie. (Désolé, M. Mehrbach, j'ai oublié tout cela.)

L’électricité circule plus facilement à travers certains matériaux que d’autres. Si un matériau transporte facilement l’électricité, on l’appelle conducteur ; sinon, c'est un isolant. La plupart des métaux sont de très bons conducteurs, et le cuivre en particulier est très bon, c'est pourquoi il est si souvent utilisé pour les fils électriques. (L'argent est encore meilleur, mais beaucoup plus cher.) Le verre, le plastique et le bois sont de bons isolants. J'utilise des termes comme « assez bon » et « très bon » car la conductivité est un spectre. Le cuivre ne transmet pas parfaitement les charges électriques ; il offre une certaine résistance, ce qui signifie une certaine perte d'électricité en cours de route, bien inférieure à la plupart des matériaux.

À l’extrême extrémité du spectre se trouvent les supraconducteurs, qui offrent une résistance littéralement nulle et une conductivité parfaite. Que de tels matériaux existent est un peu fou. Les conducteurs normaux deviennent plus conducteurs à mesure qu’ils refroidissent et moins à mesure qu’ils chauffent, mais le changement est continu. Les supraconducteurs, en revanche, ont des seuils stricts appelés « températures de transition », à partir desquels un matériau devient soudainement supraconducteur. De plus, la théorie qui explique le fonctionnement de la plupart des supraconducteurs (« théorie BCS », initiale des noms de famille des physiciens à l'origine de cette théorie) est étonnamment simple et élégante.

«C'est l'une des théories les plus intéressantes que l'on puisse avoir sur la matière condensée», m'a dit Lilia Boeri, professeur de physique à l'Université Sapienza de Rome et chercheuse de premier plan en supraconductivité. « C'est un peu comme de la magie. Cela fonctionne à merveille.

Les physiciens savent que les supraconducteurs existent depuis 1911, et un certain nombre de technologies existantes comme les appareils IRM seraient impossibles sans eux. Mais il y a toujours eu un piège. À ce jour, les seuls supraconducteurs connus doivent être soit extrêmement froids (le plomb, par exemple, supraconducteurs à -447 degrés Fahrenheit), soit constitués de matériaux qui ne se forment qu'à des pressions extrêmement élevées. (Assez élevé – un article récent très controversé suggère un matériau qui se forme à 10 000 fois la pression atmosphérique, soit environ 10 fois la pression au fond de l'océan Pacifique, et les sceptiques considèrent que cela est étrangement bas pour fabriquer un supraconducteur). Rendre des objets très froids et/ou leur appliquer des tonnes de pression nécessite une énergie considérable, ce qui à son tour érode certains des avantages que vous obtenez d'un supraconducteur.