Science des matériaux
Les supraconducteurs à température ambiante sont-ils même possibles ? QMUL dit oui
Ajouter Securities.io à vos sources préférées sur Google
Limitations de la supraconductivité
Electricity has been one of the most transformative technologies in history, allowing for the transmission of a very useful form of energy over long distances. But every “normal” electric system faces electric resistance, which results in the generation of heat when an electric current is applied.
Une alternative existe: les dits matériaux supraconducteurs. Les matériaux supraconducteurs ont une résistance électrique nulle, ce qui permet d’utiliser des courants extrêmement puissants sans générer de chaleur.
Sans la supraconductivité, de nombreuses technologies modernes ne seraient pas possibles, y compris les accélérateurs de particules (par exemple, le CERN), l’IRM et les trains maglev.
La supraconductivité sera un composant crucial des mégaprojets et innovations technologiques les plus prometteurs, comme ITER et la fusion nucléaire, les propulseurs de masse, les ordinateurs quantiques, etc.
Les lignes électriques à perte nulle pourraient également être cruciales pour développer des connexions de réseau ultra-longues, aidant à tamponner la production des énergies renouvelables selon les conditions météorologiques et les fuseaux horaires, résolvant certaines des limites du solaire et de l’éolien.
Source: XOT Metals
Cependant, la supraconductivité n’a été maîtrisée jusqu’à présent que pour des matériaux qui la présentent à des températures ultra-basses, à peine quelques degrés au-dessus du zéro absolu. Ou à des pressions extrêmement élevées. Ou les deux.
Cela la rend non seulement trop complexe pour toutes les applications sauf les plus exigeantes (maglev, IRM, etc.), mais aussi très coûteuse, la rendant non économique pour de nombreuses applications qui pourraient bénéficier d’un matériau supraconducteur ou d’une utilisation à grande échelle.
De nombreux chemins vers la supraconductivité
Il semble maintenant que le matériau produit sous haute pression pourrait conserver une partie de sa supraconductivité à pression plus basse grâce à une méthode expérimentale appelée protocole de détente sous pression (PQP).
Récemment, la bicouche torsadée de WSe₂ (tungstène sélénium) s’est avérée être également un bon candidat matériel pour des supraconducteurs à température plus élevée.
Une autre nouvelle classe de supraconducteurs potentiels, les nickélates en bicouche, aurait également pu être ajoutée à la liste cette année.
Le problème de la recherche de nouveaux matériaux qui sont supraconducteurs à des températures plus élevées est que nous ne comprenons pas vraiment comment cela fonctionne. Cela est encore plus vrai pour la supraconductivité à haute température ou à température ambiante. Pendant un certain temps, on pensait que c’était totalement impossible.
Puis est apparu le cas déroutant de LK-99 (une forme d’apatite de plomb substituée au cuivre – CSLA), potentiellement un nouveau type de supraconducteur à pression ambiante et température ambiante. La revendication a été immédiatement contestée et critiquée comme une escroquerie ou une erreur de mesure, mais d’autres chercheurs ont ensuite découvert qu’il pourrait y avoir quelque chose de réel.
De nouveaux progrès en physique théorique, réalisés par des chercheurs de la QMUL (Queen Mary University of London), de l’Université de Cambridge et de Intellectual Ventures, pourraient éclairer la façon dont les supraconducteurs à température ambiante pourraient finalement être possibles.
Ils ont publié leurs résultats1 dans le Journal of Physics: Condensed Matter, sous le titre « Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants ».
Comprendre la limite de TC Limit
Chaque matériau supraconducteur est défini par une valeur appelée TC (Température critique). Pour la plupart des matériaux présentant un comportement supraconducteur, TC n’est que quelques degrés au-dessus du zéro absolu.
Cependant, cette nouvelle recherche a poursuivi l’exploration des limites théoriques de TC.
Une telle limite est déterminée par les forces fondamentales et les constantes de l’Univers, comme la masse de l’électron, la charge de l’électron et la constante de Planck.
Ce travail démontre que ces constantes « définissent une limite supérieure pour la fréquence des phonons dans les phases de matière condensée, ou la rapidité avec laquelle un atome peut vibrer dans ces phases ». Cela détermine, à son tour, la fourchette inférieure et supérieure du TC possible, les phonons médiatisant la température supraconductrice.
Limites supérieures et inférieures pour TC
Les mathématiques et la physique des particules utilisées pour déterminer quel TC est possible ou non sont assez complexes et dépassent le cadre des non-spécialistes. Juste pour donner un exemple tiré du papier scientifique lui‑-même dans son introduction:
“Dans nos calculs de théorie fonctionnelle de la densité (DFT), nous utilisons des méthodes similaires à notre article précédent. Cela inclut l’utilisation du fonctionnel d’échange‑corrélation Perdew–Burke–Ernzerhof, d’une coupure d’énergie de 1200 eV et d’une grille de points k d’espacement 2π×0.025 Å⁻¹ pour échantillonner la zone de Brillouin électronique.”
Pour simplifier, le modèle développé par les chercheurs examine jusqu’à quel point la fréquence d’oscillation d’un atome peut être élevée dans les solides ou les liquides.
Cela fixerait la limite supérieure pour la supraconductivité TC entre 100 et 1 000 K, soit -173,15 à 726 °C / -279 à 1340 °F. Cela rendrait la supraconductivité, du moins en théorie, parfaitement réalisable à température ambiante.
Cela place fermement la température ambiante dans la zone possible où la supraconductivité est réalisable, changeant radicalement notre perception précédente de la supraconductivité à température ambiante comme une impossibilité théorique.
Compréhension plus profonde de l’Univers
Les résultats ont déjà été confirmés de manière indépendante dans une étude séparée, confirmant que cette analyse théorique plus détaillée est susceptible de correspondre à la réalité physique.
Cela devrait grandement stimuler le domaine de la recherche en supraconductivité, car il existe désormais un cadre théorique expliquant mieux pourquoi les supraconducteurs à température ambiante sont possibles.
« Cette découverte nous indique que la supraconductivité à température ambiante n’est pas exclue par les constantes fondamentales. Elle donne de l’espoir aux scientifiques : le rêve est toujours vivant.
Professeur Pickard – Professeur de physique à l’Université de Cambridge »
Une compréhension plus profonde de la façon dont la matière condensée se comporte au niveau des particules devrait également produire des résultats dans d’autres domaines, comme les sciences des matériaux, l’électronique ou la physique des plasmas.
Applications futures
Les supraconducteurs à température ambiante seraient immédiatement un matériau miracle s’ils étaient compris suffisamment pour les fabriquer à grande échelle.
Le premier effet immédiat serait de réduire le coût des équipements exploitant déjà la supraconductivité, comme l’IRM, les trains maglev, les turbines et générateurs avancés, les accélérateurs de particules, les réacteurs de fusion expérimentaux, etc.
Cela rendrait également possible des technologies qui, jusqu’à présent, ne pouvaient jamais être réalisées ou étaient prohibitivement coûteuses en raison des contraintes techniques des supraconducteurs à basse température.
Cela inclut les trains hyperloop, les propulseurs de masse pour atteindre l’orbite, la fusion nucléaire commerciale, les connexions de réseau intercontinentales, etc. Chacune de ces technologies modifierait à jamais le cours de la civilisation humaine.
Leaders des solutions de supraconductivité
AMSC Graphique du prix
AMSC est une entreprise qui fournit des solutions énergétiques pour le réseau électrique, les navires et l’énergie éolienne. En général, plus un système consomme d’énergie ou est massif, plus il nécessite la technologie supraconductrice pour éviter la surchauffe.
Malgré son nom, ASMC fournit non seulement des systèmes supraconducteurs mais aussi, par exemple, des transmissions d’engrenages pour les éoliennes.
L’entreprise bénéficie de plusieurs moteurs de croissance, de la tendance à l’électrification et à la numérisation (y compris les centres de données IA), mais aussi du rapatriement des capacités de fabrication américaines et du besoin pour les marines du monde anglophone de se moderniser en réponse aux risques géopolitiques croissants.
Source: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]
Dans le segment de l’alimentation électrique, AMSC a constaté une hausse constante des commandes. Cela a été stimulé par les usines de semi-conducteurs cherchant à être protégées des fluctuations du réseau, à aider le réseau à gérer la nature intermittente des énergies renouvelables, ainsi que par l’alimentation et les contrôles sur les sites industriels.
Dans le segment des éoliennes, AMSC est principalement actif avec le Système de Contrôle Électrique (ECS). Historiquement, l’ESC était un segment fort pour l’entreprise avec les éoliennes de 2 MW, mais il a progressivement décliné. AMSC vise un rebond grâce à la nouvelle conception d’éolienne de 3 MW, avec un accent particulier sur le marché indien.
Source: American Superconductor Corporation
Pour les navires militaires, ASMC fournit le « Contre‑mesure magnétique anti‑mine à supraconducteur haute température d’AMSC », un système destiné à modifier la signature magnétique des navires pour les protéger des mines marines. Ce produit est vendu aux marines des États‑Unis, du Canada et du Royaume‑Uni, avec 75 M$ de commandes à ce jour.
Dans l’ensemble, ASMC excelle en exploitant la technologie supraconductrice dans des applications de niche viables aujourd’hui, tout en étant probablement prête à déployer d’autres avancées à l’avenir. Il convient également aux investisseurs de noter que l’action a connu une volatilité extrême par le passé, et ils doivent évaluer les risques en conséquence.
Dernières nouvelles sur American Superconductor Corporation
Études référencées:
1. K Trachenko, B Monserrat, M Hutcheon and Chris J Pickard.(2025) Upper bounds on the highest phonon frequency and superconducting temperature from fundamental physical constants. Journal of Physics: Condensed Matter. 37165401. 13 mars 2025. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-648X/adbc39
