La semaine dernière, nous avions le plaisir de recevoir à La Grande Équation le chercheur de renommée internationale Louis Taillefer, professeur à l'Université de Sherbrooke, qui nous parlait de la supraconductivité, un phénomène qui tient les physiciens en haleine depuis plus de 100 ans.

Alors que ceux-ci pensaient avoir tout expliqué au début des années 1960, la découverte d’une nouvelle classe de matériaux présentant cette propriété à une température beaucoup plus élevée que prévu a relancé la question il y a environ 25 ans. Malgré le travail de dizaines de milliers de physiciens, dont celui du professeur Taillefer, une part de mystère quant à la nature profonde de ce phénomène demeure.

La chose supraconductrice

Qu'est-ce que ladite "chose"? Pour faire court, la supraconductivité est un état de la matière, observé à très basse température, où les électrons, jouant de complicité, s’allient en paires et acquièrent un don particulier: celui d'éviter toute collision. En temps normal, les électrons dans un fil se déplacent un peu comme un marcheur ivre, frappant constamment les atomes du métal et transférant un peu de leur énergie, ce qui chauffe le fil et cause la résistivité. Les paires d’électrons formées dans l’état supraconducteur évitent ces collisions, ce qui se traduit par le transport sans aucune perte de l’électricité, mais aussi par le rejet de tout champ magnétique.

Un supraconducteur conduit donc parfaitement l’électricité. Intéressant, quand même.

Que faire de toute cette chose?

Oui, je sais. Je vais un peu vite en ciblant tout de suite l'utilité de ce phénomène sans avoir vraiment pris la peine de bien le comprendre. Après tout, les choses les plus belles de la vie sont souvent complètement inutiles et c'est tant mieux comme cela! Mais la chose supraconductrice est particulière, car les possibilités qu'elle implique font facilement rêver à des progrès techniques de grande ampleur. Et les applications sont déjà au rendez-vous. Ainsi, les trains à lévitation magnétique qu’on retrouve au Japon, en Allemagne et en Chine sont fondés sur les supraconducteurs. Ces matériaux sont aussi essentiels pour les appareils à résonance magnétique, ces scanneurs médicaux de haute technologie qui nécessitent des aimants supraconducteurs.

Pourra-t-on aller plus loin? Il est facile d’imaginer améliorer ces deux applications. Pour le reste, c’est difficile à prévoir. Comme l'indique Louis Taillefer dans son entrevue avec Mousseau: nous n'avons simplement pas idée des applications finales des supraconducteurs, tout comme la découverte du transistor autrefois ne laissait pas présager l'explosion de l'informatique moderne.

Ouvrez grand les vannes

L’application la plus directe des supraconducteurs est dans le transport sans perte de l’électricité. Une application fort utile, mais qui n’est pas très excitante. Lors d'une rencontre avec des chercheurs et des étudiants du milieu, en 2011 à Montréal, Laura H. Green, professeure de physique à l’Université d’Illinois à Urbana-Champaign, avait ébahi les auditeurs de sa conférence en présentant un projet grandiose: celui de transformer le réseau électrique américain grâce aux supraconducteurs.

Son idée centrale: des sites hautement propices à exploiter les énergies du vent et du soleil sont disponibles dans l'ouest des États-Unis. À l'inverse, la demande la plus grande est concentrée principalement sur la côte est. Malheureusement, avec 8% de perte par 1000 km parcourus, le transport de l’électricité sur de grandes distances est relativement inefficace. La solution: construire un réseau de transport électrique à l’aide de matériaux supraconducteurs. Le problème est que ces matériaux ne sont supraconducteurs qu’à très basse température (environ – 180 degrés Celsius) et que sitôt qu’ils se réchauffent un peu, ils deviennent isolants! On imagine alors le casse-tête de la gestion d’un tel réseau électrique — refroidissement, connexions spéciales, systèmes d'urgences, etc. —des problèmes sont coûteux à résoudre, mais pas impossibles. D’où l’intérêt, selon la professeure Green, de continuer à travailler sur ce problème. L’avenir énergétique des États-Unis passe par là, conclut-elle.

Et pour le Québec?

Grand producteur d’énergie propre, disposant de ressources éoliennes considérables, le Québec a aussi un intérêt dans le développement d’une technologie qui permettrait de transporter l’électricité efficacement sur plusieurs milliers de kilomètres. Nous pourrions alors vendre notre énergie verte à travers le continent, complétant l’apport des centrales solaires installées dans les déserts du Sud-ouest américain, par exemple.

La supraconductivité pourrait donc favoriser le développement de projets d’énergie renouvelable à grande échelle et permettre, par exemple, à l’Afrique du Nord de jouer un rôle aussi important que le Moyen-Orient, pour la production d’énergie mais verte cette fois-ci. Dans la restriction du mode de vie envers lesquelles nos sociétés sont dépendantes, ce serait sans doute globalement une bonne chose vis-à-vis le respect de l'environnement.

Par Marc-André Miron

Ce billet est rendu possible grâce au soutien financier d’Athéna Énergies, commanditaire officiel de la Grande Équation, ainsi que de la fondation familiale Trottier et du Fonds de recherche du Québec.