Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les supraconducteurs sont essentiellement utilisés aujourd’hui au plan industriel pour créer des inductions modérées à fortes dans des volumes qui peuvent être considérables. 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. Les applications industrielles actuelles des supraconducteurs avec les matériaux « conventionnels », le NbTi et le Nb3Sn sont principalement présentées.
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Superconductors are mainly used in today's industry to create moderate to high intensity magnetic fields in volumes, which may be of considerable size. These instruments take advantage of the high current densities in superconductors, associated with zero loss in constant induction. In addition their use brings an exceptional temporal stability in the magnetic induction, which is indispensable for certain applications. Present industrial applications of superconductors of “conventional” materials such as NbTi and Nb3Sn are discussed.
Auteur(s)
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Pascal TIXADOR : Directeur de Recherche au CNRS - Laboratoire d’Électrotechnique de Grenoble (LEG) - Centre de Recherche sur les Très Basses Températures (CRTBT)
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Yves BRUNET : Professeur à l’Institut National Polytechnique de Grenoble - Laboratoire d’Électrotechnique de Grenoble (LEG) - Centre de Recherche sur les Très Basses Températures (CRTBT)
INTRODUCTION
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 Nb3Sn 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 m3). 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 Principales applications des supraconducteurs sont abordées les applications industrielles actuelles des supraconducteurs avec les matériaux « conventionnels », le NbTi et le Nb3Sn. 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- Bases théoriques, « Supraconducteurs, structure et comportement des fils » Supraconducteurs- Structure et comportement des fils, « Supraconducteurs, environnement et applications » Supraconducteurs- Environnement et applications. Quelques spécificités du fonctionnement des supraconducteurs vont être redonnées dans un premier temps pour être complet.
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Spécificités des supraconducteurs4. Aimants pour applications spécifiques
L’IRM et la spectroscopie RMN sont les deux seuls débouchés réellement industriels de la supraconductivité car il s’agit de produits vendus en plusieurs centaines par an. La physique des hautes énergies constitue pratiquement un marché compte tenu des volumes (LHC : 250 000 km de brins NbTi, 1 232 dipôles et 400 quadripôles principaux) mais limité dans le temps. La fusion thermonucléaire contrôlée pourra créer un véritable marché, mais les réacteurs industriels ne sont pas encore pour un proche avenir. Les bobines supraconductrices pour la recherche jusqu’à 20 T constituent un marché de niche, couvert par quelques petites entreprises.
Dans ce paragrahe, quelques applications qui nécessitent des aimants supraconducteurs sont présentées. Les SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) seront exposés en [D 2 705].
4.1 Séparation magnétique
Des bobines supraconductrices sont utilisées pour séparer magnétiquement les différents composants des minerais dans l’industrie, notamment le Kaolin qui nécessite des inductions magnétiques importantes. Cette utilisation est basée sur la force qui apparaît sur un corps magnétique plongé dans un champ. Celle-ci dépend de sa susceptibilité magnétique et de son volume. Un tri est donc possible. La séparation magnétique est une technique assez classique avec des électroaimants résistifs, mais la supraconductivité via l’induction nettement supérieure qu’elle autorise améliore considérablement cette technique et en repousse les limites tout en réduisant la consommation électrique.
Comme l’extension de cette application (une vingtaine de systèmes en fonctionnement actuellement) est freinée par les seules considérations économiques (coût d’investissement), l’utilisation de supraconducteurs à plus haute température serait très bénéfique dès lors qu’ils présenteraient des performances suffisantes à un coût raisonnable.
Différents systèmes supraconducteurs ont été...
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Aimants pour applications spécifiques
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BAIXERAS (J.) - Les supraconducteurs, - Sciences et Techniques de l’Ingénieur, Eyrolles-CNRS Éditions, Paris (1998).
-
(2) - TIXADOR (P.) - Les supraconducteurs. - Hermès, Paris (1995).
-
(3) - TIXADOR (P.) - Matériaux supraconducteurs, - Volume du traité EGEM (Électronique, Génie Électrique, Microsystèmes) Hermès-Lavoisier, Paris (2003).
-
(4) - WILSON (M.N) - Superconducting Magnets. - Monographs on Cryogenics, Clarendon Press Oxford (1986).
-
(5) - Handbook of applied superconductivity, - Edited by B. Seeber, IOP (Institute of Physics Publishing), (1998).
-
(6) - Handbook of cryogenic engineering, - Édité par J.G Weisend, Taylor and Francis, Philadelphie.
-
...
ANNEXES
Conectus :
« Consortium of European Companies Determined to Use Superconductivity » (consortium des sociétés européennes dans le domaine de la supraconductivité) :
Sites généraux autour de la supraconductivité :
http://www.shahlimar.com/superconductor/
Ce site est très général et donne des liens nombreux avec les principaux acteurs dans le domaine, des industriels aux laboratoires de recherche.
http://www.superconductors.org/ Ce site très général introduit la supraconductivité : « Supraconductivité pour les débutants ».
HAUT DE PAGE
(liste non exhaustive)
HAUT DE PAGE
Alstom Magnets and Superconductors S.A.
http://www.power.alstom.com:80/home/equipment__systems/magnets_superconductors/
European Advanced Superconductors GmbH & Co KG
http://www.advancedsupercon.com/
...
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