Principales applications des supraconducteurs

Si vous interrogez l’homme de la rue sur les applications de la supraconductivité, il évoque en général les trains à lévitation. Il donne également les possibilités de ces matériaux pour les câbles électriques. Il ne sait que rarement que la supraconductivité a permis le développement d’une imagerie médicale d’excellente qualité et très répandue, l’IRM (Imagerie par Résonance Magnétique), et de remarquables outils d’investigation que sont les spectromètres hauts champs. Il connaît certainement le réacteur ITER, mais il ignore souvent que la supraconductivité est paradoxalement indispensable pour confiner le plasma porté à des centaines de millions de degrés.

En 2004, le marché mondial de la supraconductivité a atteint 3,65 milliards d’euros et a concerné avant tout les supraconducteurs conventionnels, à basse température critique. Les pourcentages en volume ont été en 2004 respectivement 97,8 %, 1,5 % et 0,7 % pour le NbTi, le Nb ₃Sn et les SHTC (supraconducteurs à haute température critique). En effet si les SHTC permettent un fonctionnement à plus haute température que le NbTi, ils n’ont pas encore atteint le degré de maturité industriel suffisant, tant en performances qu’en coût, pour être utilisés dans des produits, mais cette situation devrait changer à moyen terme, compte tenu des développements rapides des conducteurs à haute température critique.

Les supraconducteurs sont essentiellement utilisés aujourd’hui au plan industriel pour créer des inductions modérées à fortes (1,5 T à plus de 20 T) dans des volumes qui peuvent être considérables (jusqu’à des centaines de m ³). Ces dispositifs exploitent les grandes densités de courant des supraconducteurs, associées à des pertes nulles en induction constante. Leur utilisation apporte aussi une stabilité temporelle exceptionnelle de l’induction magnétique, indispensable pour certaines applications. Dans ce dossier sont abordées les applications industrielles actuelles des supraconducteurs avec les matériaux « conventionnels », le NbTi et le Nb ₃Sn. Le coût, exprimé en $/(kA × m) (pour un conducteur d’un mètre de long et transportant 1 kA), permet de comparer les conducteurs entre eux, mais il correspond à une induction magnétique et à une température données. À titre de comparaison, le cuivre coûte environ 10 $/(kA × m).

Les autres applications (fonctionnalités nouvelles/nouveaux équipements et amélioration des dispositifs résistifs conventionnels) font l’objet d’un deuxième dossier [D 2 705].

Le lecteur se référera utilement aux documents « Supraconducteurs, bases théoriques » , « Supraconducteurs, structure et comportement des fils » , « Supraconducteurs, environnement et applications » . Quelques spécificités du fonctionnement des supraconducteurs vont être redonnées dans un premier temps pour être complet.