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RÉSUMÉ
Les supraconducteurs offrent des fonctions uniques ou des gains substantiels dans des domaines comme l'énergie électrique, les procédés industriels, le transport, les applications médicales, la physique. Les densités de courant bien supérieures (facteur 10 à 100) dans les supraconducteurs par rapport au cuivre et l'absence de pertes Joule laissent entrevoir des bonds en avant dans les performances massiques et volumiques associées à des rendements exceptionnels. Ces composants apportent aussi des fonctions nouvelles, comme le stockage d'énergie dans une bobine supraconductrice court-circuitée. Cependant, les performances en courant de transport et les coûts restent insuffisants pour le développement des conducteurs à haute température critique. Les progrès sont pourtant constants avec des avancées récentes significatives, notamment autour des conducteurs de deuxième génération.
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Pascal TIXADOR : Professeur à Grenoble INP - Laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2Elab) - Institut Néel
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Yves BRUNET : Professeur à Grenoble INP - Laboratoire de génie électrique de Grenoble (G2Elab) - Institut Néel
INTRODUCTION
Lorsque les supraconducteurs à haute température critique (haut T c ) ont été découverts en 1986, une révolution technique avait été annoncée avec grand enthousiasme. La supraconductivité devait se développer rapidement dans de nombreux domaines. La révolution annoncée n'a pas eu lieu. Ces matériaux se sont révélés extrêmement complexes et la production à bas coût de fil supraconducteur haut T c performant reste la difficulté majeure.
Les supraconducteurs conventionnels à basse température critique (bas T c ) (NbTi et Nb3Sn) restent de très loin les plus utilisés : plus de 95 % en volume. Les applications de ces supraconducteurs bas T c concernent principalement les domaines de l'IRM (imagerie par résonance magnétique), de la RMN (résonance magnétique nucléaire), de la physique des hautes énergies et de la fusion thermonucléaire contrôlée. Ils sont traités dans le dossier [D 2 704] « Principales applications des supraconducteurs ». La cryogénie constitue le verrou majeur pour le développement des applications supraconductrices bas T c dans le domaine de l'électrotechnique classique (machines tournantes, câbles…). Ce verrou disparaît avec les supraconducteurs haut T c , mais reste un handicap important.
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4. Conclusion
En conclusion, les supraconducteurs offrent des fonctions uniques ou des gains substantiels, voire considérables, dans un certain nombre de dispositifs dans des domaines comme l'énergie électrique, les procédés industriels, le transport, les applications médicales, les grands instruments de la physique…
Seule la supraconductivité permet de véritables bonds en avant pour réduire les masses, les encombrements et améliorer le rendement. Ces caractéristiques font que les supraconducteurs sont une des réponses possibles au développement durable. Ils apportent aussi des solutions (limiteurs de courants de défaut) pour améliorer la sécurisation et la qualité de l'énergie électrique ainsi que pour certains équipements pour de nouveaux concepts de réseaux électriques. Les SMES pourraient être une réponse pour les sources impulsionnelles de puissance qui n'ont pas aujourd'hui de solution satisfaisante.
Si les applications avec des bas T c ont démontré leur faisabilité technologique, la cryogénie 4 K a interdit tout développement industriel sauf dans de rares niches comme l'IRM ou la RMN ainsi que les grands instruments de la physique. En permettant un fonctionnement à plus haute température (20 à 80 K), les supraconducteurs haut T c ont fait sauter le verrou de la cryogénie 4 K. La cryogénie reste néanmoins souvent un fort handicap. Une augmentation des performances et surtout une réduction importante des coûts restent indispensables pour transformer les réalisations en produits industriels.
Les performances en courant de transport et les coûts des conducteurs haut T c restent insuffisants pour des développements importants hors quelques niches où les coûts sont secondaires. Les progrès sont constants avec des avancées récentes significatives autour des conducteurs haut T c de deuxième génération.
Par contre, si les produits supraconducteurs restent conditionnés par le coût des conducteurs et de la cryogénie, les difficultés technologiques ont été en grande partie surmontées. Les prototypes (moteur de 36,5 MW à 230 tr/min, câble 138 kV/2 400 A – 574 MVA de 610 m) devraient le démontrer en 2008.
Il faut rappeler que toute nouvelle technologie prend toujours du temps pour émerger surtout lorsqu'il s'agit d'une révolution technique, comme pour la supraconductivité, et non pas d'une simple évolution. C'est aussi conditionné par une phase très...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - TIXADOR (P.), BRUNET (Y.) - Principales applications des supraconducteurs. - [D 2 704] Convertisseurs et machines électriques, fév. 2007.
-
(2) - LERIDON (B.), CONTOUR (J.-P.) - Supraconducteurs à haute température critique et applications. - [E 1 110] Électronique, fév. 1999.
-
(3) - TIXADOR (P.), BRUNET (Y.) - Supraconducteurs. Structure et comportement des fils. - [D 2 702] Convertisseurs et machines électriques, fév. 2004.
-
(4) - TIXADOR (P.), BRUNET (Y.) - Supraconducteurs. Environnement et applications. - [D 2 703] Convertisseurs et machines électriques, mai 2004.
-
(5) - BRUNET (Y.), TIXADOR (P.) - Limiteurs supraconducteurs. - [D 3 662] Convertisseurs et machines électriques, nov. 1997.
Références bibliographiques
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