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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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Applications spécifiques à la supraconductivité
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1. Contexte
L'application des supraconducteurs aux dispositifs électriques de puissance est ancienne. Elle date des années soixante lorsque les premiers supraconducteurs « utilisables », c'est-à-dire transportant des courants importants sous des inductions magnétiques, ont été mis au point. La première machine électrique supraconductrice a tourné dès 1965.
Le supraconducteur peut apparaître comme le matériau idéal pour le concepteur de matériel électrique. 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. Les supraconducteurs apportent aussi des fonctions nouvelles, inaccessibles par les techniques classiques, comme le stockage d'énergie dans une bobine supraconductrice court-circuitée. Le tableau 1 donne les principales applications hors électroniques (dossier [E 1 110] Supraconducteurs à haute température critique et applications ) classées selon ces deux critères : fonctions nouvelles et performances améliorées.
Un autre avantage des dispositifs supraconducteurs excepté le limiteur de courant de défaut concerne l'isolation électrique. Celle-ci fonctionne à basse température et sans nombreux cyclages thermiques, donc dans deux conditions particulièrement favorables.
Cependant, le concepteur doit considérer deux contraintes importantes liées aux supraconducteurs :
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cryogénie ;
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pertes AC (courant alternatif).
Les supraconducteurs doivent être placés dans un cryostat, enceinte isolée thermiquement et maintenue à suffisamment basse température pour être dans leur état supraconducteur. Pour extraire les pertes à une...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(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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