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RÉSUMÉ
La découverte de la supraconductivité a ouvert des perspectives extraordinaires en termes d’énergie, notamment au niveau du transport et du stockage. De grandes avancées technologiques ont eu lieu dans ce domaine des supraconducteurs, dans les hautes et dans les basses températures. Cet article présente les matériaux existants, dans les deux domaines de température, et leur environnement. Puis il détaille les applications principales existantes et celles que l'on peut envisager dans l'avenir.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pascal TIXADOR : Directeur de Recherche au CNRSLaboratoire 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 GrenobleLaboratoire d’Électrotechnique de Grenoble (LEG)Centre de Recherche sur les Très Basses Températures (CRTBT)
INTRODUCTION
La découverte de la supraconductivité a ouvert des perspectives inédites en terme d’énergie (transport, stockage…) qui se sont rapidement confrontées aux limites de mise en œuvre, de coût… des matériaux supraconducteurs qu’ils soient à haute ou basse température. Les efforts de recherche et développement dans ces domaines ont permis de réaliser des applications concrètes, notamment avec des supraconducteurs à basse température critique dits, bas T c (NbTi, Nb3Sn). Plus facile et moins onéreux à mettre en œuvre, les supraconducteurs haut Tc ont un champ d’application possible considérable. Les conducteurs haut Tc actuels sont proches des conditions de compétitivité (performances et coût). Les progrès sont constants et les marges de progression restent très importantes tant en performances qu’en coût.
Les progrès considérables réalisés dans le domaine de la cryogénie ont permis de mettre les dispositifs utilisant des supraconducteurs à la porté de tous les ingénieurs ou scientifiques (quel que soit leur spécialité), ce qui ouvre des perspectives intéressantes en terme de marché potentiel pour ces dispositifs : le cas de l’imagerie médicale en est un exemple.
Les applications actuelles mettent en œuvre majoritairement des supraconducteurs bas T c et sont destinées pour l’essentiel à la génération de champs magnétiques intenses. L’avenir devrait voir le développement des dispositifs utilisant des supraconducteurs à haut T c parmi lesquels les câbles pour le transport de l’électricité et les moteurs couples pour la propulsion navale sont les plus avancés.
Cet article complète une série consacrée aux supraconducteurs :
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Supraconducteurs. Environnement et applications [D 2 703] ;
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Supraconducteurs. Environnement et applications. Pour en savoir plus .
nous utiliserons pour simplifier les notations YBaCuO pour YBa2Cu 3O6 + δ .
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2. Environnement des supraconducteurs
La cryogénie est la science des basses températures, en dessous de 100 K environ, mais cette limite est arbitraire. Si la cryogénie était réservée auparavant à certains laboratoires de recherche, c’est maintenant une technologie bien connue et parfaitement maîtrisée industriellement.
Un réfrigérateur extrait à une température froide une quantité de chaleur. Pour cela il fournit un travail à un fluide qui suit un cycle thermodynamique (cycle de Joule-Thomson, cycle de Brayton, …) qui dépend du type de réfrigérateur. Ce fluide est très souvent de l’hélium. Il est en général comprimé à température ambiante, puis refroidi par des échangeurs et enfin détendu pour extraire l’énergie à la température froide. L’essentiel de la puissance est consommé par le compresseur.
Pour une approche plus détaillée, le lecteur pourra se reporter aux articles traitant de la Cryogénie dans le traité Génie énergétique.
2.1 Cryogénie
L’équation [1] donne le coût énergétique pour extraire les pertes à basse température . C’est l’expression de la consommation spécifique, rapport du travail nécessaire à fournir au réfrigérateur (cycle fermé) à température ambiante sur l’énergie à extraire à la température froide :
avec :
- Wc :
- travail minimum
- Qf :
- énergie...
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Environnement des supraconducteurs
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BAIXERAS (J.) - Les supraconducteurs - . Sciences et Techniques de l’Ingénieur, Eyrolles-CNRS Éditions (1998).
-
(2) - TIXADOR (P.) - Les supraconducteurs - . Hermès (1995).
-
(3) - WILSON (M.N.) - Superconducting magnets - . Monographs on Cryogenics, Clarendon Press Oxford (1986).
-
(4) - Handbook of applied superconductivity - . Édité par (B.) Seeber, IOP (Institute of Physics Publishing) (1998).
-
(5) - Handbook of cryogenic engineering - . Édité par (J.G.) Weisend, Taylor and Francis, Philadelphie.
ANNEXES
COOLEY (L.D.), LEE (P.J.), LARBALESTIER (D.C.) - Flux-pinning mechanism of proximity-coupled planar defects in conventional superconductors : evidence that magnetic pinning is the dominant pinning mechanism in niobium-titanium alloy - . Physical Review B, vol. 53, p. 6638 à 6652 (1996).
BRUZEK (C.E.), MOCAER (P.), SULTEN (P.), PELTIER (F.), KOHLER (C.), SIROT (E.), GRUNBLATT (G.) - Recent progress of NbTi 46.5 wt% superconductor strands at GEC Alsthom - . Proceedings of the Sixteenth International Cryogenic Engineering Conference/International Cryogenic Materials Conference, Elsevier, Oxford, vol. 2, p. 1321 à 1324 (1997).
TAKEUCHI (T.) - Nb3Al superconductors - , présenté à la conférence MT-17, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 1012, p. 1088-1093 (2002).
HILLMANN (H.), PFISTER (H.), SPRINGER (E.), WILHELM (M.), WOHLLEBEN (K.) - Development of A 15 multifilamentary superconductors - . Proceedings of the Topical Conference on A 15 Superconductors, Plenum Press, New York, p. 17 à 34 (1980).
DEVRED (A.) - Insulation systems for NbSn accelerator magnet coils produced by the wind and react technique - . IEEE Transactions on Applied Superconductivity, vol. 12 p. 1232-1237 (2002).
BARZI (E.), AMBROSIO (G.), ANDREEV (N.), BAUER (P.), CHICHILI (D.), FRATINI (M.), ELEMENTI (L.), LIMON (P.P.J.), MATTAFIRRI (S.), REY (J.M.), YAMADA (R.), ZLOBIN (A.V.) - Superconductor and cable R & D for...
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