Fondements de la révolution électrique

2000/09/26 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia

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Nous vivons en temps de crise des combustibles fossiles, de sorte que la tendance aux énergies renouvelables gagne du terrain. L'application de ces énergies est, dans la plupart des cas, la production d'électricité. En raison des limitations des systèmes électriques actuels (gaspillage d'énergie, surtout), les scientifiques étudient des alternatives. L'objectif est de trouver ou de développer du matériel sans résistance électrique.

Ces systèmes auraient des propriétés physiques très attrayantes. Entre autres choses (au moins théoriquement), la génération de courant évite d'apporter plus d'énergie au système pour le maintenir en fonctionnement continu. En outre, ces matériaux auraient une autre propriété intéressante. Même si cela semble faux, ils auraient la capacité de lévitation. Il n'est donc pas surprenant que les scientifiques appellent «superconducteurs» tout composé avec ce type de comportement.

Réelles

Cependant, les supraconducteurs ne sont pas une simple occurrence des physiciens. Ce sont des matériaux réels. En fait, tout métal génère une supraconductivité si elle est placée dans des conditions appropriées. Ces conditions sont le plus gros problème. Pour que le métal devienne supraconducteur, il faut le refroidir jusqu'à une température d'environ 270 °C (température de l'hélium liquide).

Ce sont plusieurs oxydes complexes superéoïdes qui contiennent du cuivre à une température plus élevée. Même s'il faut encore refroidir à -200ºC, ces « surconducteurs à haute température » ont attiré l'attention des scientifiques. En fait, depuis que le seuil des -196 °C a été dépassé, on a traité un sujet d'une grande actualité dans le domaine de la recherche, car on dit que l'azote liquide bon marché peut être utilisé pour réduire les oxydes à cette température. Cependant, les physiciens sont confrontés à un autre problème grave.

Le passage de grands courants par ces matériaux entraîne la perte totale de propriétés supraconductrices. Cela signifie que les supraconducteurs prennent en charge de très petites intensités et donc la plupart des applications sont empêchées. Des membres d'un groupe de physiciens allemands ont récemment publié dans la revue spécialisée Nature une solution à ce problème.

On rappelle que la supraconductivité apparaît dans des oxydes complexes. Ces matériaux sont constitués de réseaux d'atomes tridimensionnels. Parmi les oxydes ayant les meilleures propriétés se trouvent les composés d'itrium, de baryum, de cuivre et d'oxygène, appelés YBCO. Dans ces oxydes le courant électrique n'est pas une conséquence directe du mouvement des électrons, mais des trous qui laisse le manque d'électrons. Par conséquent, les transporteurs d'électricité ont une charge positive.

Regardant les atomes

Le matériau est constitué de petits exemplaires de ces réseaux ordonnés et le problème se pose dans les limites unitaires. Le courant électrique a de grands obstacles à surmonter ces limites. Selon les calculs théoriques, les obstacles ont leur origine dans la perte d'atomes d'oxygène. Le groupe qui dirige le physicien Hammerl a introduit des ions de calcium dans les emplacements vides des atomes d'oxygène. Les oxydes anions et les cations calciques ont une taille similaire, de sorte qu'ils sont placés correctement dans le réseau. En outre, le calcium est capable de transporter les trous de la densité électronique de grain à grain. De cette façon, la limite est facilement dépassée et la supériorité n'est pas perdue dans de grands courants électriques. Plusieurs membres du groupe ont tenté d'appliquer cette solution l'an dernier, mais l'excès de calcium et la supraconductivité ont rompu avec la rouille YBCO.

A cette occasion, les physiciens ont suivi une nouvelle méthodologie. Le matériel est organisé en couches. Les couches dopées avec du calcium et sans calcium ont été placées entre elles. Les chercheurs ont découvert que les atomes de calcium migrent d'une couche à l'autre, de sorte que le calcium n'apparaît pas en si grandes quantités.

L'amélioration est remarquable. Le courant électrique qui circule sans résistance est six fois plus élevé dans les nouveaux YBCO. Ces matériaux doivent être utilisés pour fabriquer des câbles et des rubans. Les supraconducteurs actuellement utilisés sont le bismuth, le strontium, le calcium et les oxydes de cuivre (BSCCO), contenant du plomb stabilisateur. Ils sont généralement très chers, parce qu'ils doivent être entièrement entourés d'argent. Le câble d'un mètre portant un ampère a un prix de 300 dollars (60.000 pesetas, 2.400 livres). Avec la production Kate, le coût pourrait être réduit à 50 dollars. Mais cher. Les oxydes de YBCO sont beaucoup moins chers. Le câble mentionné dans la production de chaîne pourrait être transporté à un coût d'un seul dollar.

Comme l'électricité a changé le monde, les supraconducteurs révolutionneront les systèmes électriques. Lentement, nous changeons les concepts, mais les applications ne sont pas très loin. XXI. Au 20ème siècle, l'énergie doit subir des changements violents.

La dépendance aux combustibles fossiles ne nécessite qu'un intérêt politique, car l'intérêt scientifique pour la performance de l'électricité est en vue.