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50 défis

Transporter l'électricité sans perte d'énergie grâce à la supracon­duc­tivité

[Défi 45] Alors que les émissions de CO2 atteignent des niveaux records – 34 milliards de tonnes en 2011 –, les réserves d’énergie fossile s’amenuisent. Bientôt, les énergies vertes seront une nécessité.

09/10/2012
Nicolas Doiron-Leyraud
Physique, département de physique de l’Université de Sherbrooke

Nicolas Doiron-Leyraud
© Université de Sherbrooke

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Pour économiser l’énergie, mieux vaut commencer par ne pas en perdre en chemin. C’est le défi de la supraconductivité.
par Olivier Rey

L’effet Joule est un chenapan. Il «vole» l’électricité avant qu’elle parvienne à destination. Ainsi 5% à 10% de l’électricité produite dans une centrale se volatilise avant de réussir à éclairer la moindre ampoule. C’est que les électrons doivent lutter pour se frayer un chemin dans les câbles électriques. Résultat, ils ralentissent, perdent de l’énergie et celle-ci finit par faire chauffer les câbles: une partie de l’électricité se dissipe ainsi en chaleur. Et plus la distance est importante, plus la déperdition augmente.

Nicolas Doiron-Leyraud, du département de physique de l’Université de Sherbrooke, espère bien régler ce problème grâce aux matériaux supra­con­ducteurs. Ceux-ci présentent des particularités exceptionnelles lorsqu’ils sont refroidis à des températures très basses.

Ainsi, aux alentours du zéro absolu (-273 °C), les électrons y voyagent sans résistance. Depuis leur découverte en 1911 par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes, on a trouvé des matériaux dont les facultés supraconductrices se produisent à des températures plus hautes (jusqu’à -130 °C), comme des oxydes de cuivre (les cuprates) ou des alliages ferreux (les pnictures). La supraconductivité demeure toutefois un grand mystère, surtout en ce qui concerne les nouveaux supraconducteurs à plus haute température.

Dans son laboratoire, Nicolas Doiron-Leyraud tente de les faire parler. Il les refroidit, les soumet à de puissants champs magnétiques et à des pressions astronomiques pour tenter d’en apprendre un peu plus sur le comportement des électrons au sein de ces composés.
Son but ultime? Le même que pour des dizaines de scientifiques dans le monde. Mieux les comprendre pour, un jour, pouvoir fabriquer un matériau présentant des propriétés supraconductrices à température ambiante, qui pourra transporter l’électricité dans les applications de la vie quotidienne. «Impossible de prévoir quand cela arrivera, prévient cependant le chercheur. Ce domaine de la physique avance par tâtonnements et il faut parfois que la chance s’en mêle.»

Le matériau tant attendu, quand il sera mis au point, provoquera à coup sûr une révolution. Car même s’il s’agit d’un alliage difficile à fabriquer, les économies qu’il engendrera et les perspectives qu’il ouvrira seront immenses. Plus besoin de refroidir les circuits électriques des ordinateurs ou des électroaimants supraconducteurs des appareils d’imagerie médicale, et plus de déperdition d’énergie dans le transport de l’électricité qu’on pourra acheminer de très loin.

Avant que ce grand jour arrive, certaines compagnies misent sur les supraconducteurs actuels, même s’il faut les refroidir en permanence. Une compagnie états-unienne teste des câbles supraconducteurs insérés dans une gaine remplie d’azote liquide.
Un seul de ces câbles pourrait remplacer trois lignes à haute tension, et ce, sur de longues distances et sans perte d’énergie. En outre, ils offrent l’avantage de pouvoir être enterrés, car contrairement aux lignes à haute tension actuelles ils sont compacts et n’émettent pas de chaleur.


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