Comment concevoir un supraconducteur qui ne perd pas de courant express
Un supraconducteur est un matériau qui, à très basse température, conduit l'électricité sans pertes : les électrons se déplacent sans se bousculer, comme une foule avançant dans un couloir parfaitement lisse. Mais dès qu'on applique un fort champ magnétique, des vortex apparaissent à l'intérieur du supraconducteur — de minuscules régions où la supraconductivité disparaît. Si on ne les retient pas, ces vortex se mettent en mouvement et créent une résistance, ruinant le principal avantage du matériau.
Pour retenir les vortex, on ajoute délibérément des défauts dans le supraconducteur — des irrégularités, des pores ou des insertions d'un autre matériau. Ils agissent comme des nids-de-poule sur une route : la roue (le vortex) tombe dans le trou et reste sur place, au lieu de continuer à rouler. Plus ces trous sont bien placés, plus le supraconducteur peut supporter un courant élevé. En général, les ingénieurs cherchent la disposition des défauts à la main, par essais et erreurs. Les auteurs de l'article proposent une méthode automatique : l'ordinateur passe en revue les options et trouve la meilleure forme et disposition des défauts, comme s'il optimisait un labyrinthe pour retarder au maximum les coureurs.
La méthode repose sur les équations de Ginzburg-Landau, qui décrivent comment la supraconductivité varie dans l'espace et dans le temps. Le programme informatique modifie progressivement la géométrie des défauts jusqu'à obtenir une configuration où les vortex restent piégés le plus solidement possible. C'est comme un sculpteur qui enlève l'excédent pour révéler la forme, mais ici, au lieu de la pierre, c'est un matériau virtuel. Cette approche est déjà utilisée dans l'aéronautique et le bâtiment, et elle fait maintenant son entrée dans la technologie des supraconducteurs.
À terme, cela pourrait permettre de créer des aimants supraconducteurs pour les IRM, les accélérateurs de particules et les réacteurs à fusion, qui fonctionneraient avec moins d'énergie. Et aussi des lignes de transport d'électricité sans pertes, dont rêvent les énergéticiens du monde entier.
Un supraconducteur peut léviter au-dessus d'un aimant : les vortex s'ancrent sur les défauts et maintiennent le matériau en l'air, comme des doigts invisibles.
Dans le roman d'Arthur C. Clarke « Les Fontaines du paradis », un câble supraconducteur soutient un ascenseur spatial — de telles technologies nécessitent précisément ces défauts qui retiennent les vortex magnétiques.