Des chercheurs de l’Université de Houston explorent les limites de la supraconductivité à température ambiante.
En termes simples, la supraconductivité entre deux ou plusieurs objets signifie que l’électricité n’est pas gaspillée. Cela signifie que l’électricité est transférée entre ces objets sans perte d’énergie.
De nombreux éléments et minéraux naturels comme le plomb et le mercure ont des propriétés supraconductrices. Et il existe des applications modernes qui utilisent actuellement des matériaux aux propriétés supraconductrices, notamment les appareils d’IRM, les trains à sustentation magnétique, les moteurs électriques et les générateurs.
Habituellement, la supraconductivité des matériaux se produit dans des environnements à basse température ou à haute température et à très haute pression. Le Saint Graal de la supraconductivité aujourd’hui est de trouver ou de créer des matériaux qui peuvent transférer de l’énergie entre eux dans un environnement non pressurisé à température ambiante.
Si l’efficacité des supraconducteurs à température ambiante pouvait être appliquée à grande échelle pour créer des systèmes de transmission d’énergie électrique très efficaces pour l’industrie, le commerce et les transports, ce serait révolutionnaire. Le déploiement de la technologie des supraconducteurs à température ambiante à la pression atmosphérique accélérerait l’électrification de notre monde pour son développement durable. Cette technologie nous permet de faire plus de travail et d’utiliser moins de ressources naturelles avec moins de déchets pour préserver l’environnement.
Il existe quelques systèmes de matériaux supraconducteurs pour la transmission électrique à différents stades de développement. En attendant, des chercheurs de l’Université de Houston mènent des expériences pour rechercher la supraconductivité dans un environnement à température ambiante et à pression atmosphérique.
Paul Chu, directeur fondateur et scientifique en chef du Texas Center for Superconductivity à l’Université de Houston. UH et Liangzi Deng, professeur assistant de recherche, ont choisi le FeSe (séléniure de fer (II)) pour leurs expériences car il a une structure simple et aussi une grande Tc (température critique de supraconduction) sous pression.
Les recherches des professeurs Liangzi Deng et Paul Chu de l’UH portent sur la supraconductivité à température ambiante. Crédit : UH
Chu et Deng ont mis au point un processus de pression-trempe (PQP), dans lequel ils appliquent d’abord une pression à leurs échantillons à température ambiante pour améliorer la supraconductivité, les refroidissent à une température inférieure choisie, puis relâchent complètement la pression appliquée, tout en conservant les propriétés supraconductrices améliorées.
Le concept de la PQP n’est pas nouveau, mais la PQP de Chu et Deng est la première fois qu’elle est utilisée pour conserver la supraconductivité améliorée par la haute pression dans un supraconducteur à haute température (HTS) à la pression atmosphérique. Les résultats sont publiés dans la revue Journal of Superconductivity and Novel Magnetism (Journal de la supraconductivité et du magnétisme nouveau)..
“Nous gaspillons environ 10% de notre électricité pendant la transmission, c’est un chiffre énorme. Si nous avions des supraconducteurs pour transmettre l’électricité avec zéro énergie gaspillée, nous changerions fondamentalement le monde, les transports et la transmission d’électricité seraient révolutionnés “, a déclaré Chu. “Si ce processus peut être utilisé, nous pouvons créer des matériaux qui pourraient transmettre l’électricité de l’endroit où vous la produisez jusqu’à des endroits situés à des milliers de kilomètres sans perte d’énergie.”
Leur procédé a été inspiré par feu Pol Duwez, un éminent spécialiste des matériaux, ingénieur et métallurgiste de l’Institut de technologie de Californie, qui a fait remarquer que la plupart des alliages utilisés dans les applications industrielles sont métastables ou chimiquement instables à la pression atmosphérique et à la température ambiante, et que ces phases métastables possèdent des propriétés souhaitées et/ou améliorées que leurs homologues stables n’ont pas, notent Chu et Deng dans leur étude.
Parmi les exemples de ces matériaux, on trouve les diamants, les matériaux d’impression 3D à haute température, le phosphore noir et même le cuivre béryllium, qui est notamment utilisé pour fabriquer des outils destinés à être utilisés dans des environnements hautement explosifs comme les plateformes pétrolières et les silos à grains.
“Le but ultime de cette expérience était d’élever la température au-dessus de la température ambiante tout en conservant les propriétés supraconductrices du matériau”, a déclaré Chu. “Si cela peut être réalisé, la cryogénie ne sera plus nécessaire pour faire fonctionner les machines qui utilisaient un matériau supraconducteur comme une machine IRM et c’est pourquoi nous sommes enthousiastes à ce sujet.”
Référence : “The Retention and Study of High-Pressure-Induced Phases in High- and Room-Temperature Superconductors” par C. W. Chu, L. Z. Deng et Z. Wu, 20 janvier 2022, Journal of Superconductivity and NovelMagnétisme.
DOI: 10.1007/s10948-021-06117-0
