Bibliographie & annexes
Présentation
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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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Environnement des supraconducteurs
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1. Conducteurs supraconducteurs
Un conducteur supraconducteur dépend non seulement de la valeur du courant de transport, mais aussi des conditions d’utilisation. La température de fonctionnement, l’induction magnétique et les contraintes mécaniques imposées sont des paramètres importants. D’autres facteurs comme les variations temporelles de l’induction, les conditions de refroidissement, le spectre des perturbations interviennent également.
Pour différentes raisons, comme le pas de torsadage en particulier, le diamètre d’un brin supraconducteur élémentaire est limité. Pour transporter des courants élevés, il est donc indispensable d’assembler des brins en parallèle en prenant soin de bien équilibrer les courants par une transposition correcte. La figure 1 rassemble quelques exemples de conducteurs supraconducteurs.
Il faut pratiquement concevoir un conducteur supraconducteur pour chaque application envisagée. À partir du cahier des charges (cryogénie, induction, champ variable, pertes ac admises, …) sont définis, les diamètres des filaments et du brin élémentaire, la matrice (matériau, rapport matrice/supraconducteur, présence ou non de barrières isolantes), des renforts mécaniques éventuels, le type de conducteur (Rutherford, « cable in conduct », … (figure 1)).
Le premier choix est le matériau supraconducteur lui-même. Un élément important est son coût, souvent exprimé en €/kA/m pour une induction B 0 et une température de référence T0 pour pouvoir comparer les matériaux entre eux. Il correspond au coût d’un conducteur d’un mètre de long et transportant 1 kA, à T 0 et sous B 0. Pour les supraconducteurs à haute température critique 1.2, les grandeurs de référence sont en général T 0 = 77 K et B 0 = 0 T (champ propre).
Le tableau 1 rassemble quelques propriétés de différents supraconducteurs et des principaux matériaux utilisés comme matrice, c’est-à-dire le cuivre et l’argent.
1.1 Matériaux à basse température critique
Le...
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Conducteurs supraconducteurs
BIBLIOGRAPHIE
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(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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