NUS découvre un matériau sans cuivre avec une supraconductivité à haute température

Le potentiel de la supraconductivité

L’électricité est l’une des technologies les plus importantes jamais inventées par l’humanité. Dans sa forme habituelle, elle implique toujours un certain niveau de résistance électrique, générant de la chaleur lorsqu’un courant circule.
Cela peut imposer des limites sévères pour certaines applications nécessitant des courants ou des champs magnétiques très puissants, car le système électrique pourrait simplement fondre.

Une alternative est la supraconductivité, un phénomène où la résistance électrique chute à zéro. Cependant, pendant très longtemps, elle ne pouvait être observée qu’à des températures ultra‑basses, proches du zéro absolu (0 K), soit environ -273 °C/-387 °K.

Cela a changé avec une découverte récompensée par le Prix Nobel de Physique en 1987: des supraconducteurs à haute température composés d’oxydes de cuivre.

Sans la supraconductivité, de nombreuses technologies modernes ne seraient pas possibles, y compris les accélérateurs de particules (par exemple, le CERN), les IRM et les trains à sustentation magnétique.

La supraconductivité sera également un composant crucial des mégaprojets et innovations technologiques les plus prometteurs, comme ITER et la fusion nucléaire, les propulseurs massifs, les ordinateurs quantiques, etc.

Des lignes électriques à perte nulle pourraient également être essentielles pour développer des connexions de réseau ultra‑longues, aidant à lisser la production des énergies renouvelables selon les conditions météorologiques et les fuseaux horaires, résolvant ainsi certaines limites du solaire et de l’éolien.

Source: XOT Metals

Supraconductivité à haute température

Pour l’instant, l’exigence de basse température rend la supraconductivité économiquement viable uniquement pour des applications haut de gamme: maglev, IRM, etc.

Et bien que scientifiquement intéressante, la supraconductivité sous haute pression est relativement inutile en termes d’applications pratiques.

Beaucoup de progrès ont eu lieu récemment dans le domaine de la supraconductivité et pourraient changer la situation:

• Il semble maintenant que le matériau produit sous haute pression puisse conserver une partie de sa supraconductivité à pression plus basse grâce à une méthode expérimentale appelée protocole de détente sous pression (PQP).
• Le bilayer tordu de WSe₂ (tungstène séléniure) semble également être un bon candidat matériel pour des supraconducteurs à température plus élevée.
• Une autre nouvelle classe de supraconducteurs potentiels, les nickelates en bilayer, aurait également été ajoutée à la liste cette année.
• Ensuite est apparu le cas énigmatique 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 immédiatement été contestée et critiquée comme une escroquerie ou une erreur de mesure, mais d’autres chercheurs ont découvert qu’il pourrait y avoir quelque chose de réel.

Malgré ces nouvelles découvertes, dans une large mesure, la supraconductivité reste un phénomène mal compris, avec de nombreuses hypothèses pour tenter de trouver de nouveaux matériaux possédant cette caractéristique. Un cadre théorique meilleur est donc nécessaire.

Un morceau du puzzle a été trouvé en mars 2025, avec une meilleure compréhension des températures supérieures possibles pour la supraconductivité (Tc).

Un autre est la création par des chercheurs de l’Université nationale de Singapour d’un nouveau modèle théorique qui a déjà conduit à la découverte d’un matériau supraconducteur sans cuivre. Cette réalisation a été récemment annoncée dans la prestigieuse revue scientifique Nature¹, sous le titre « Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2 at ambient pressure ».

Nouveau modèle de supraconductivité

Expliquer la supraconductivité

Les chercheurs ont travaillé à développer un nouveau modèle théorique expliquant le fonctionnement de la supraconductivité. Il s’agit d’un sujet complexe, qui peut être résumé plus simplement avec quelques concepts clés:

Paires de Cooper, ou deux électrons liés ensemble par un effet quantique, sont un élément clé pour rendre un matériau supraconducteur.

C’est la condensation des paires de Cooper qui crée la supraconductivité, du moins selon les chercheurs qui ont d’abord expliqué ce phénomène (la théorie de Bardeen–Cooper–Schrieffer, ou théorie BCS), et qui ont reçu le Prix Nobel de Physique de 1972 pour cette idée.

Ce sont les phonons, ou les vibrations au niveau quantique du réseau du matériau, qui entraînent l’appariement des électrons en paires de Cooper. Lorsque suffisamment de paires de Cooper se forment, cela permet le déplacement des électrons à travers le matériau sans collision, éliminant ainsi la résistance électrique.

Source: Fiveable

Prédire et produire de nouveaux supraconducteurs

Le nouveau modèle prédisant la formation des paires de Cooper aide les chercheurs à prévoir de nombreux supraconducteurs potentiels, y compris beaucoup qui ne contiennent aucun atome de cuivre.

Ils ont ensuite synthétisé avec succès l’un des matériaux prévus: l’oxyde samarium‑europium‑calcium‑nickel (Sm‑Eu‑Ca)NiO₂.

“Comme nous l’avions prédit et conçu, cet oxyde supraconducteur sans cuivre démontre une supraconductivité à haute température sous pression atmosphérique au niveau de la mer, sans besoin de compression supplémentaire — tout comme les oxydes de cuivre.

Cette découverte suggère que la supraconductivité à haute température non conventionnelle n’est pas exclusive au cuivre mais pourrait être une propriété plus répandue parmi les éléments du tableau périodique.”

Dr. Stephen Lin Er Chow – Chercheur à l’Université nationale de Singapour

Ils ont également confirmé une résistance électrique nulle (supraconductivité) bien au‑dessus de 30 K dans ce composé. Ce n’est pas seulement un nouveau matériau à expérimenter, mais la preuve que le modèle utilisé possède une valeur prédictive, ce qui signifie probablement que les autres matériaux supraconducteurs prévus pourraient également fonctionner. Il s’agit de la première découverte d’un tel supraconducteur à haute température depuis les années 1990.

Source: National University of Singapore

Zhaoyang Luo, doctorant à l’Université nationale de Singapour, a démontré la haute cristallinité et la nature à phase pure du matériau synthétisé à l’aide de la microscopie électronique. Cela rend le nouveau matériau très stable, ce qui en fait un bon candidat pour de potentielles applications industrielles futures.

« C’est la première fois depuis la découverte primée par le Nobel qu’un oxyde supraconducteur à haute température sans cuivre a été trouvé fonctionnant sous pression ambiante.

De plus, ce nouveau matériau est hautement stable dans des conditions ambiantes, améliorant considérablement son accessibilité. »

Pr. Ariando – Professeur à l’Université nationale de Singapour

La méthode de production du nouveau matériau est également assez robuste, aucune défaillance structurelle n’apparaissant pendant le processus, augmentant ainsi le potentiel d’applications pratiques.

Applications et développement futur

Maintenant qu’ils disposent d’un cadre théorique plus solide, les chercheurs peuvent essayer d’ajuster certains paramètres spécifiques des matériaux supraconducteurs. Notamment, ils mentionnent des caractéristiques atomiques et moléculaires comme le déplacement d’occupation électronique et la pression hydrostatique.

Cela pourrait ouvrir la voie à des types entièrement nouveaux de supraconducteurs ou même à une nouvelle famille de supraconducteurs avec des températures de fonctionnement encore plus élevées.

Tout supraconducteur à température plus élevée qui pourrait être fabriqué à grande échelle pourrait avoir deux impacts majeurs:

• Réduire drastiquement le coût des technologies utilisant actuellement les supraconducteurs, démocratisant ainsi leur usage, notamment les maglevs et les IRM.
• Ouvrir de nouveaux champs d’application, surtout si la température Tc atteint un niveau suffisamment élevé pour correspondre à l’azote liquide (-196 °C / -320 °F), un réfrigérant beaucoup moins cher et plus facile à produire que ceux actuellement utilisés pour les matériaux supraconducteurs.
  • Ces nouvelles applications pourraient inclure la transmission d’énergie, le stockage d’énergie, les lasers, les navires, la propulsion spatiale & l’accès à l’orbite (propulseurs massifs), etc.

Cette observation a des implications profondes tant pour la compréhension théorique que pour la réalisation expérimentale d’un éventail plus large de matériaux supraconducteurs avec des applications pratiques dans l’électronique moderne,

Pr. Ariando – Professeur à l’Université nationale de Singapour

Leaders dans les solutions de supraconductivité

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 ne fournit pas 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 digitalisation (y compris les centres de données IA), mais aussi du relocalisation des capacités de fabrication américaines et du besoin pour les marines du monde anglophone de se moderniser face à des 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 régulière des commandes. Cela a été stimulé par les usines de semi‑conducteurs cherchant à être protégées des fluctuations du réseau, en aidant le réseau à gérer la nature intermittente des énergies renouvelables, ainsi que par l’alimentation & le contrôle 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 au nouveau design d’éolienne de 3 MW, avec un accent particulier sur le marché indien.

Source: American Superconductor Corporation

Pour les navires militaires, ASMC fournit le « High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure » d’AMSC, un système destiné à modifier la signature magnétique des navires afin de les protéger des mines marines. Ce système 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 tirant parti de 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 calculer les risques en conséquence.

Dernières nouvelles sur American Superconductor Corporation

Études référencées:

^{1. Chow, S.L.E., Luo, Z. & Ariando, (2025) A. Bulk superconductivity near 40 K in hole-doped SmNiO2at ambient pressure. Nature. 20 mars 2025. https://doi.org/10.1038/s41586-025-08893-4}