La supraconductivité

On 10.05.2014, in Dossiers, by Julie
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Merci à Swoog pour la retranscription!

A : Alan
M : Matthieu
L.M. : Laurent Miéville

M. : Petite question initiale. Avant de te poser la question sur ce qu’est la supraconductivité, pour éclaircir les termes, il ne faut pas la confondre avec la semi-conductivité.

L.M. : Oui, tout à fait.

M. : Juste quelques mots sur la semi-conductivité, qui est très utilisée dans les ordinateurs. Les semi-conducteurs, ce sont des matériaux comme le silicium, qui sont à moitié isolant et à moitié conducteur. On ne va pas rentrer dans les détails, ce n’est pas le but du podcast d’aujourd’hui. Mais s’ils sont très utilisés dans les ordinateurs, il ne faut pas les confondre avec la supraconductivité, dont on va parler aujourd’hui. Pour commencer, petite question toute bête : Qu’est-ce que la supraconductivité ?

L.M. : La supraconductivité, c’est finalement une propriété qu’ont certains matériaux de pouvoir transporter du courant électrique, sans perte et sans dissipation. Il faut imaginer que le courant électrique puisse se déplacer d’un endroit à l’autre dans ces matériaux, sans ralentir, sans perdre de l’énergie et donc, si on faisait tourner ce courant électrique dans un anneau supraconducteur, ce courant pourrait tourner quasiment à vie et même au-delà, une centaine d’années sans s’arrêter, parce que les électrons qui portent ce courant ne sont pas freinés et ne dissipent aucune énergie. C’est ça, la supraconductivité. Supra, ça veut dire que les électrons qui conduisent ce courant sont tellement efficaces qu’ils n’auront aucune perte. C’est pourquoi on appelle ça un supraconducteur, c’est vraiment l’excellente conductivité.

M. : Dans le cas d’un conducteur traditionnel, qu’on utilise tous les jours comme les câbles électriques, il y a toujours des pertes de chaleur. En fait, les câbles ont une certaine résistance, qui fait qu’il y a une certaine perte d’énergie. Ce n’est pas le cas dans la supraconductivité. La résistance est nulle.

L.M. : Tout à fait. Un petit peu comme quand on est dans une forêt avec beaucoup d’accidents sur la route, et qu’on court, on dépense beaucoup d’énergie à devoir éviter les obstacles. Dans les conducteurs, dans les métaux qui sont souvent ce que les gens connaissent, qui conduisent le courant, comme dans les prises, ces conducteurs permettent de laisser le courant passer mais seulement, le problème, c’est que ce courant a des frottements et donc de l’énergie est dissipée. Ça veut dire que les électrons dans ces conducteurs habituels ont des chocs, perdent de l’énergie et, au bout d’un moment, si on ne maintient pas une tension importante sur ce conducteur, le courant s’arrête. Alors que dans un supraconducteur, il faut imaginer une patinoire, mais encore mieux qu’une patinoire, les électrons se déplacent sans aucun frottement, ils sont dans un état très particulier, qui a fait l’objet de cette découverte il y a une centaine d’années. Les électrons s’assemblent par paire, ils forment un système où deux électrons se rapprochent et forment ensemble une paire. Il faut imaginer que c’est comme si je cours dans la forêt tout seul, mais si je suis avec une autre personne, on forme une paire ensemble. On rentrerait dans un état supraconducteur. On pourrait flotter au-dessus du terrain et se retrouver à se déplacer sans aucun frottement.

M. : Le scientifique qui a découvert la supraconductivité, c’est un hollandais, Kamerlingh Onnes. Il a découvert ça en refroidissant du mercure avec de l’hélium liquide, donc c’est à très basse température qu’on obtient cet effet de supraconductivité.

L.M. : Le fait qu’aujourd’hui, on n’ait pas de supraconducteur dans les prises électriques, cela vient du fait que les matériaux qui ont cette propriété très particulière, ne l’ont que si on les refroidit à très basse température, et quand on dit “très basse température”, c’est plusieurs centaines de degrés en dessous de zéro. Ça limite encore beaucoup les applications de devoir refroidir continuellement des matériaux pour les rendre dans un état supraconducteur.

M. : Peut-être qu’on reviendra plus tard au fait qu’on ait réussi à obtenir cet effet supraconducteur à des températures au-dessus du zéro absolu, mais au départ, on n’avait cet effet à des températures très proches du zéro degré Kelvin (-273°C). C’était très compliqué parce qu’il faut vraiment baisser énormément la température.

L.M. : Tout à fait. Les découvertes d’il y a cent ans ont été faites vraiment sur un matériau, le mercure, qui est devenu supraconducteur à très basse température, puisqu’on parle de très proche du zéro absolu. Une fois que ces découvertes ont eu lieu, naturellement, il y a eu très rapidement une course des scientifiques pour essayer de trouver d’autres matériaux pour lesquels il ne serait pas nécessaire de les refroidir autant pour atteindre ce fameux état supraconducteur.

A. : Et là, on a parlé de l’aspect conducteur d’électrons, avec zéro frottement, zéro perte, zéro résistance, mais il y a un autre effet des supraconducteurs, c’est la lévitation magnétique. C’est juste ?

L.M. : Oui. C’est une autre propriété très particulière de ces matériaux lorsqu’ils sont refroidis à cette fameuse température à laquelle ils deviennent supraconducteurs, c’est qu’un matériau supraconducteur ne peut pas accepter d’avoir du champ magnétique à l’intérieur de sa structure. Ça veut dire que si l’on place ce matériau dans un champ magnétique, si on le rapproche d’un aimant, par exemple, il va générer lui-même un champ magnétique opposé, qui va annuler le champ magnétique qu’on vient de lui soumettre par aimant. Cette annulation fera qu’à l’intérieur de ce matériau, il n’y aura pas de champ magnétique. C’est une propriété intrinsèque, ça veut dire une propriété vraiment centrale de ces matériaux supraconducteurs, c’est qu’ils ne peuvent pas accepter d’avoir un champ magnétique à l’intérieur. Donc, si maintenant on parle de lévitation, ça veut simplement dire que si on place un aimant, par exemple, imaginez une table qui a un aimant posé dessus, on approche de cet aimant notre supraconducteur, il va sentir le champ magnétique qui lui est imposé par cet aimant, il va lui-même générer un contre-champ magnétique si on veut, qui va annuler le champ magnétique pour éviter d’avoir un champ magnétique dans sa structure. Ces deux champs magnétiques vont interagir ensemble. Il va y avoir une force qui va se créer entre les deux : c’est ce qu’on appelle la force de lévitation. C’est une force qui est simplement une réaction du supraconducteur à la présence du champ magnétique et cette réaction se concrétise par la génération d’un autre champ magnétique opposé à celui de l’aimant sur la table. Ces deux champs magnétiques qui s’opposent vont interagir et créer une force qui est répulsive et qui est la force de lévitation. Il y a des exercices, si les gens sont intéressés, on peut les trouver sur Internet où l’on voit toutes sortes d’applications. On voit des gens qui sont debout sur une sorte de surface qui flotte : c’est un aimant posé sous un socle supraconducteur. Il faut bien imaginer que pour arriver à cette situation, il ne faut pas oublier qu’il faut refroidir. En général, on voit une personne qui est posée sur un aimant. Cet aimant flotte au-dessus d’une table qui est elle-même constamment refroidie.

M. : Est-ce que les magiciens tirent profit de cet effet ?

L.M. : Effectivement, on pourrait imaginer des applications au niveau de la magie. Mais il est clair que de devoir refroidir ces matériaux, ça trahit assez rapidement leur secret, car ça se voit, en général. L’Université de Genève, par exemple, a engagé un travail avec des troupes qui font des lévitations. Ils essayent de créer une ambiance un peu mystique avec des lumières et tout un show. Une personne va apparaître et léviter devant tout le monde. Ça donne un aspect très impressionnant et surtout, du coup, on se pose la question “Comment cette personne arrive à léviter ?”. Mais je dirais qu’on arrive très rapidement à savoir pourquoi et je pense qu’un magicien ferait ça une fois et ensuite son secret serait vite dévoilé si il essaye de faire ça de manière régulière dans son spectacle.

M. : En ce qui concerne les matériaux qui sont aptes à la supraconductivité, est-ce que ce sont tous les matériaux, plutôt certains métaux… ?

L.M. : Au début, c’était effectivement le mercure, qui est un métal liquide à température ambiante, tout le monde connait les thermomètres (sauf peut-être les plus jeunes) qu’on utilisait quand on était malade. Ce métal durci quand on le refroidi. Le mercure, qui est l’objet de cette découverte il y a cent ans. Cependant, il y a une course scientifique qui s’est mise en route. Le but étant de trouver s’il y a d’autres matériaux qui permettent d’avoir des propriétés supraconductrices à des températures moins basses que le mercure. Il y a eu, dans les années qui ont suivi, des améliorations par rapport à ça. La température à laquelle les matériaux deviennent supraconducteurs a augmenté, ça allait dans la bonne direction. Mais après, pendant de nombreuses années, on a eu l’impression que l’on atteignait un plafond qui était encore très bas en température. Je ne me rappelle plus des chiffres exacts, mais probablement, au lieu de passer à -273°C, on sera à -220/-240°C. La recherche s’est un peu découragée. Il n’y a plus grand chose qui s’est passé pendant plusieurs années jusqu’à il y a environ une quinzaine d’années, coup de théâtre, deux chercheurs d’un institut de recherche de Zurich, presque par hasard, en étudiant les propriétés d’un matériau beaucoup plus compliqué qu’un métal composé de différents atomes placés dans une structure en forme de céramique, donc cassable et assez compliquée à créer, sans avoir aucune idée qu’ils allaient tomber par hasard sur de la supraconductivité en fournissant ce matériau. Ils voulaient juste mesurer sa résistance électrique en fonction de sa température. En refroidissant, à une température inhabituellement haute, ils se rendent compte que de matériau n’oppose plus de résistance lorsque le courant passe à travers. C’était une découverte exceptionnelle dans la mesure où elle était inattendue mais surtout aucune théorie ne pouvait expliquer, et encore aujourd’hui, ne peut expliquer pourquoi ces matériaux disposent de propriétés si intéressantes, surtout dans la température à laquelle ils sont soumis.

M. : Donc on ne sait toujours pas pourquoi ces matériaux réagissent ; donnent cet effet de supraconductivité à des températures supérieures ? On n’a pas encore d’explications claires ?

L.M. : Non, et je pense que ça reste encore un élément très important au niveau de la recherche dans ce domaine. On a pu expliquer à des gens qui ont eu des prix Nobel par rapport à la première théorie qui est sortie quelques années après la découverte du mercure supraconducteur, il y a une centaine d’année. Il y a une théorie qui a été mise en avant qui, pour expliquer le fait que les électrons s’assemblent en paire. Cette théorie a été considérée comme étant la réponse définitive aux mesures et aux découvertes de supraconductivité pendant toutes les années au début du siècle, jusqu’à il y a quinze ans, ces nouveaux matériaux, ces céramiques ont été découvertes, et là, on s’est rendu compte que la théorie existante, cette fameuse théorie des paires avait beaucoup de mal et s’appliquait extrêmement difficilement et n’était pas satisfaisante pour expliquer pourquoi des matériaux étaient supraconducteurs. Un nouvel effort, qui dure encore, est de pouvoir donner une explication satisfaisante de la raison qui fait que ces matériaux sont supraconducteurs. Maintenant, c’est clair qu’il y a des pistes et tout un savoir qui s’est accumulé. On commence à voir un petit peu mieux. Il nous manque encore la théorie complète qui permet d’expliquer l’ensemble des propriétés de ces matériaux si particuliers.

A. : Ce n’était pas quinze ans, sauf erreur. Le temps passe vite, beaucoup trop vite (rire…). C’était en 1986, donc ça fait déjà 25 ans…

L.M. : Oui, alors c’est peut-être moi qui vieillit un peu trop vite effectivement…

A. : (rire…) On a tous le même problème.

L.M. : C’est vrai que c’était une magnifique découverte. J’en parle parce que j’étais moi-même, à ce moment-là, en train de faire mes études de physicien, et elle est arrivée quelques années plus tôt. C’est vrai qu’elle a mis aussi pas mal de temps à être acceptée. C’est pour ça que j’ai pris un peu de retard par rapport à l’histoire. Mais il a fallu beaucoup de temps et je connais beaucoup de gens qui n’ont simplement pas pu croire. C’était tellement exceptionnel, ça remettait tellement en question les théories existantes que beaucoup de gens n’ont simplement pas pu croire. Et c’est seulement quelques années plus tard, quand il y a eu vraiment beaucoup de groupes qui ont répété cette découverte et qui ont démontré, parce que c’est très difficile de mesurer. Quand le courant peut passer sans effort, on peut toujours argumenter qu’en fait, il y a toujours quelque part un frottement et c’est jamais vraiment supraconducteur. C’est simplement que le matériau conduit très bien le courant. Et pour vraiment démontrer qu’il est supraconducteur, j’en reviens à la deuxième propriété qu’on a mentionné ensemble, cette capacité à expulser le champ magnétique qu’on souhaiterait imposer à un matériau supraconducteur. C’est vraiment en regardant à ce niveau-là que les gens se sont rendu compte que, effectivement, ces matériaux nouveaux, découverts il y a 25 ans, sont supraconducteurs.

M. : Si on revient sur les métaux qui originellement nous ont permis de découvrir la supraconductivité, est-ce que ce sont vraiment tous les métaux qui ont intrinsèquement cette propriété ?

L.M. : En général, beaucoup de métaux ont cette propriété si on les refroidit suffisamment. On arrive à pouvoir obtenir un état supraconducteur. Scientifiquement, c’est intéressant mais qu’est-ce qu’on peut faire s’il faut refroidir à une telle température, ce qui fait que c’est extrêmement complexe. Ce que les gens disent, pour donner une image, quand on parle du refroidissement, il faut savoir que ça coûte extrêmement cher. Avec les nouveaux matériaux, les céramiques qui ont été découvertes il y a 25 ans, on peut atteindre l’état supraconducteur, non plus avec de l’hélium liquide, mais avec de l’azote liquide. L’azote liquide, c’est le prix d’une bière, si on veut en acheter 10 litres, c’est probablement le cout de 10 litres de bière. Ça veut dire que le refroidisseur est beaucoup moins cher dans le cas des nouveaux matériaux et a ouvert la voie à beaucoup plus d’applications. Finalement, si on peut les refroidir de manière assez bon marché, ça devient intéressant de les utiliser. Pour les métaux qui doivent être refroidis tellement bas, il y a des applications, mais elles restent quand même beaucoup plus limitées.

M. : Justement, en parlant d’applications, quelles sont-elles aujourd’hui, les plus connues ?

L.M. : Quand cette découverte a eu lieu, si on regarde dans la presse des années 90, on va trouver beaucoup de discussions sur tout ce qu’on peut imaginer…

A. : Toutes les promesses de l’époque…

L.M. : Il y avait beaucoup de promesses, d’excitation. Les gens pensaient que tout allait fonctionner en supraconducteur. On a parlé de train qui lévite sur des rails supraconducteurs, on a parlé de possibilité de transporter le courant. Quand vous prenez les lignes qui transportent le courant ici, ce sont des lignes basées sur des matériaux qui sont conducteurs, mais pas supraconducteurs. On a donc effectivement des pertes assez importantes et, plus on conduit le courant sur une longue distance, plus on perd de l’énergie, et plus le courant, finalement, perd son énergie sur la distance. Ce serait incroyable de pouvoir remplacer tous les pylônes par des lignes supraconductrices qui seraient enterrées et refroidies en permanence. C’était vraiment le grand rêve supraconducteur. Maintenant, il faut savoir que ces matériaux nouveaux sont des céramiques. Ce n’est pas facile de travailler avec des céramiques. Le métal, on peut le déformer, l’adapter, le couper… Avec une céramique, comme la terre cuite, si vous voulez former un ruban supraconducteur, ça ne peut pas se faire facilement. Le grand challenge, c’était finalement : “Comment pouvons-nous utiliser des matériaux qui sont très cassants, assez complexes à fabriquer, pour pouvoir transformer ces matériaux dans des bobines supraconductrices, dans des fils qui transportent du courant sur de longues distances ?”. C’était vraiment un effort important et je pense qu’aujourd’hui, 15 – 20 ans plus tard, on est encore à un stade où beaucoup d’efforts sont faits. On n’a pas atteint ces fameuses applications. Certaines existent mais elles restent encore des prototypes. Par exemple, un train supraconducteur, qui flotte sur les rails, ça existe mais il n’y en a pas beaucoup. Il y en a un au Japon. Des lignes qui transportent du courant supraconducteur sur des distances raisonnablement longues, il y en a aussi assez peu. Il y a eu tout un challenge sur les applications technologiques pour maîtriser la technologie nécessaire pour aboutir à des produits commercialisables.

A. : Il y a quand même d’autres domaines dans lesquels c’est déjà une réalité, comme l’imagerie médicale, par exemple…

L.M. : Il y a des domaines dans lesquels il y avait déjà une application avec des matériaux supraconducteurs classiques, c’est-à- dire ceux qui avait été découverts au début du siècle. Certains alliages de ces métaux avaient des propriétés intéressantes pour des applications d’imagerie médicale. On a besoin de détecter avec énormément de précision des champs magnétiques qui pourraient être émis par notre corps, et pouvoir ainsi en déterminer la composition, savoir ce que l’on a à l’intérieur de notre corps, de pouvoir faire des coupes. Là, on va pouvoir détecter de manière très précise les champs magnétiques. Pour les applications où l’on a besoin et on est prêts à prendre toute la complexité de refroidir ces fameux détecteurs de champs magnétiques, il y a une technologie qui existe depuis de nombreuses années. Cette découverte, il y a 25 ans, a permis de réduire le volume de ces appareils. A un moment, on avait des systèmes de refroidissement très compliqués. Si on remplace les fameuses bobines qui détectent des champs magnétiques par des bobines de supraconducteurs céramiques, on va pouvoir les refroidir plus facilement et donc être en plus petit volume. Ça veut dire qu’on n’aura pas un gros système de refroidissement autour. C’est un peu comme un thermos, plus on veut refroidir, plus il faut mettre une épaisseur importante d’isolant. Pour ces nouveaux matériaux, on a pu avoir des matériaux isolants autour beaucoup moins épais et on a pu se rapprocher des patients, des personnes qui doivent être mesurées. On a amélioré la résolution, la précision de la mesure. Ce sont des améliorations qui ne sont pas nécessaires, on les appelle des innovations incrémentales, c’est-à- dire qu’on a amélioré quelque chose qui existait déjà, et on les a rendu meilleures. Il y a aussi les améliorations disruptives, c’est-à-dire qu’elles viennent déranger le marché établi. Par exemple, quand j’étais aux Etats-Unis, j’étais un suisse, qui avait fait toutes ses études en Suisse, qui travaillait sur une découverte faite en Suisse (il y a 25 ans), mais qui avait dû s’expatrier aux Etats-Unis pour travailler dans le domaine où cette découverte a été amenée dans un transfert technologique vers des applications. C’est intéressant de penser qu’un Suisse, qui a fait toute ses études en Suisse, qui travaille sur une découverte suisse doivent aller aux Etats-Unis pour travailler dans des sociétés qui commercialisent cette découverte. La société dans laquelle j’étais et qui s’appelait Conductus, développait un système intéressant, qui est que, quand vous téléphonez avec votre téléphone mobile, il recherche constamment les stations de base, ces fameuses antennes que vous voyez sur les toits, au bord des routes. Ces fameuses stations, elles, doivent recevoir les signaux des gens qui se trouvent à proximité, et transmettre les communications. Le problème de ces antennes, c’est que si quelqu’un est très proche d’elles, cette personne risque de pouvoir écranter, c’est comme si je suis dans une foule, que tout le monde me parle, je risque de n’entendre que ceux qui sont près de moi, parce qu’ils ont un signal fort (ils parlent fort), et je risque de perde ceux qui sont loin de moi, parce que leur force, voix, signal est plus faible. Les stations de base, c’est exactement la même chose. Si vous avez trop de gens qui sont proches de ces stations de base (je suis juste en train de téléphoner à 50 mètres), elle risque d’avoir le problème de récupérer le signal de quelqu’un qui se trouve à 1 ou 2 km. Donc, ces stations ont des filtres qui leur permettent de pouvoir séparer l’appel de Jacques, qui se trouve à 50 m, de Jean qui se trouve à 3 km. Ces fameux filtres, pendant longtemps, c’était des filtres qui étaient basés sur des matériaux tout à fait conventionnels. Puis les gens se sont rendu compte que les nouveaux matériaux supraconducteurs disposaient de propriétés exceptionnelles pour pouvoir être d’encore meilleurs filtres. Tout d’un coup, en installant, au pied d’une antenne, un système qui est refroidi à l’azote liquide, qui coûte à peu près le prix de la bière, on arrivait tout d’un coup à faire que ces stations pouvaient recevoir non plus 3-4, mais 100 personnes en même temps, et à des qualités bien meilleures. Si j’étais à 3 km, j’avais 1 chance sur 5 que mon appel disparaisse parce que la station perdait mon appel, alors que maintenant c’est beaucoup meilleur. Ces supraconducteurs ont ouvert tout un champ d’applications mais pour lesquelles beaucoup de développement était nécessaire. Cette société aux Etats-Unis dans laquelle j’étais a essayé de trouver, parmi toutes ces applications potentielles, lesquelles pouvaient être transformées le plus rapidement en produit.

M. : Je crois qu’il y a un grand rêve des scientifiques autour de la supraconductivité. C’est le stockage de l’énergie dans une bobine fermée. Finalement, le stockage de l’énergie, c’est toujours un problème, et si j’ai bien compris, dans le cas de la supraconductivité, on pourrait maintenir un courant indéfiniment tournant dans une bobine fermée, et le jour où on en a besoin, récupérer ce courant. Mais je crois qu’il y a des problèmes parce que lors de la récupération du courant, cette récupération se ferait instantanément, pas comme une pile classique, qu’on utilise tous les jours dans nos appareils, qui se décharge lentement, au fur et à mesure. Là, dans le cas d’un stockage d’énergie dans un supraconducteur, on aurait une décharge instantanée de toute l’énergie. C’est juste ?

L.M. : Il y a effectivement un différent, c’est pour ça que ça n’existe pas encore, et c’est dommage, parce que c’est vrai que, dans les problèmes climatiques et tous les aspects énergétiques actuels, un grand problème qu’on a et qui n’est pas résolu, c’est comment stocker cette énergie. Tous ces panneaux solaires qui pourraient être installés et qui probablement pourraient représenter une source importante d’énergie produite ont une limitation, c’est que ça génère une énergie dans la journée et il faut pouvoir l’utiliser aussi la nuit, l’hiver… Actuellement, les stockages qui existent, ce sont les barrages, qui sont là non seulement pour contenir l’eau et générer de l’électricité, mais très souvent, ce qui arrive, c’est qu’on pompe l’eau d’une partie inférieure à une partie supérieure pour utiliser l’énergie en trop, on la stocke en déplaçant de l’eau sur une partie supérieure et ensuite, on peut récupérer ces énergies en faisant de nouveau couler l’eau vers le bas. Le problème avec les barrages, c’est que ce n’est pas très efficace. Si on pouvait disposer de ces fameux anneaux supraconducteurs, et que cette énergie électrique générée par les panneaux solaires la journée soit stockée dans cet anneau, on aurait un énorme courant qui tournerait indéfiniment dans cet anneau. On pourrait imaginer que ce n’est pas grave, une fois que l’anneau tourne, l’énergie est bien stockée. Il y a plusieurs problèmes. D’abord, il ne faut pas oublier qu’il faut les refroidir, ce qui va consommer de l’énergie parce qu’il faut maintenir cet anneau à basse température, mais on peut le maîtriser. Après, il y a effectivement tout l’aspect de comment injecter, comment récupérer ce courant qui reste encore à être améliorer. Mais je pense que le besoin que l’on va avoir dans le futur pour stocker toutes ces énergies solaires et éoliennes vont remettre un peu plus d’intérêt sur l’utilisation de ces fameux anneaux pour pouvoir stocker cette fameuse électricité générée et pouvoir la redonner quand les gens en ont besoin, la nuit ou pendant l’hiver. Je pense qu’il y a encore un potentiel encore inexploité, mais de nouveaux, on est encore confronté à une technologie qui est quand même encore à l’état de prototype et avec beaucoup de questions qui doivent être résolues.

A. : Dans les autres applications qui existent déjà, on va visiter le CERN avec les auditeurs le 9 juillet prochain. On se demandait “qu’est-ce qu’on doit savoir de la supraconductivité pour comprendre le fonctionnement du LHC ? “. Typiquement, un accélérateur de particules, ça pourrait fonctionner sans supraconducteur ?

L.M. : Non. Probablement, des spécialistes vous trouveront des exemples, mais ce que vous allez voir au CERN, ces fameuses cavités supraconductrices (ils vous expliqueront). Il y a 2 aspects très importants à la supraconductivité utilisée au CERN. Premier aspect, il faut imaginer des faisceaux de particules qui tournent à très haute vitesse dans une sorte de petit tunnel en forme d’anneau de plusieurs kilomètres. Ces particules, il faut pouvoir les diriger à l’intérieur de cet anneau, si on ne fait rien, elles vont aller tout droit et taper les bords de ce tube. Il existe, à l’intérieur de ce tunnel, des aimants qui sont placés à distance régulière les uns des autres, et ces aimants permettent par leur champs magnétique de diriger les particules, et de les maintenir dans cet anneau sans qu’elles ne viennent toucher les bords de ce tube. Ces fameux aimants, ce sont des aimants supraconducteurs. Pourquoi ? Parce qu’ils doivent générer un très fort champ magnétique et on veut pouvoir insérer un énorme courant. Si on n’avait pas les aimants supraconducteurs (comme j’ai dit, quand on passe un courant dans un conducteur normal, il y a du frottement, de l’énergie est dissipée), si on veut passer un fort courant, ce qu’il se passe c’est que ça va générer tellement d’énergie qu’un aimant normal commencerait à chauffer à une telle température que ça poserait des problèmes. Alors que si on utilise un aimant supraconducteur, on peut placer un énorme courant à l’intérieur de ce supraconducteur, qui génère un énorme champ magnétique à l’extérieur et c’est beaucoup plus intéressant. Au CERN, vous allez trouver des centaines d’aimants supraconducteurs qui sont placés tout le long de l’anneau pour pouvoir constamment orienter et diriger les particules. Ça c’est la première application de la supraconductivité dans ces fameux anneaux…

A. : Et puis il y en a une deuxième, donc…

L.M. : La deuxième, j’ai sorti le mot juste avant, c’est l’accélérateur. On dit aussi un accélérateur de particules, parce que ses anneaux non seulement guident mais aussi accélèrent ces particules à des vitesses qui sont très élevées. Pour pouvoir accélérer ces particules, on utilise des cavités supraconductrices. Ce sont des cavités très particulières qui vont pouvoir donner une sorte de coup de pied où je pense à ces particules (rires…), donc ça va pouvoir donner une accélération… Il faut imaginer ces fameux aimants, et entre deux aimants, vous avez des cavités supraconductrices qui vont redonner de l’énergie aux particules. Ce sont des cavités assez compliquées qui ont une géométrie très particulière et qui sont formées d’un supraconducteur et sont refroidies elles-mêmes à très basse température. Finalement, ce qu’il faut savoir, c’est que les expériences du CERN sont de grandes utilisatrices de la supraconductivité. C’est vraiment un outil indispensable pour atteindre des performances aussi élevées. Pour le CERN, ça montre aussi que la supraconductivité, même si elle n’a pas encore atteint le quotidien des gens, est depuis de très nombreuses années, utilisée dans des applications qui nécessitent soit une détection magnétique, comme on a mentionné dans les systèmes de résonance magnétique et de détection par imagerie pour les hôpitaux, soit dans les systèmes d’accélérateurs à particules comme le CERN, qui eux ont, depuis longtemps, compris l’importance que la supraconductivité pouvait avoir pour leurs besoins scientifiques.

A. : Olivier Tripet est venu en renfort avec quelques questions. Petite parenthèse, merci Olivier, c’est lui qui nous a mis en contact. Il connait manifestement le sujet mieux que nous, il propose que tu nous parles un peu des squids, et de leur utilisation.

L.M. : Donc, les squids, ce ne sont pas des poissons exotiques que l’on trouve dans la mer, ce sont des applications très particulières des supraconducteurs qui vont un peu dans le sens de ce que j’ai déjà mentionné avant, donc la détection des champs magnétiques. Un squid, c’est une géométrie très particulière. En fait, je ne vais pas rentrer dans les détails, mais on parle beaucoup de physique quantique. La supraconductivité trouve son explication dans cette fameuse théorie initiale qui est limitée pour expliquer ce qu’il s’est passé récemment avec les nouveaux matériaux, mais la théorie initiale qui a pu expliquer cette découverte il y a 100 ans sur la supraconductivité est une théorie quantique. Quand on dit “quantique”, ça veut dire que cette fameuse paire qui se forme entre deux électrons a un état quantique. C’est un état très particulier de la matière, et cet état quantique a différentes propriétés. On a déjà mentionné cet état à refuser des champs magnétiques en son sein. Une autre propriété, c’est justement de pouvoir avoir une très grande sensibilité aux champs magnétiques : les matériaux supraconducteurs réagissent très fortement en présence d’un champ magnétique. En les observant de très près, on peut détecter un champ magnétique présent à l’extérieur, parce qu’on sait que qu’ils détestent avoir un champ magnétique en leur sein. C’est un détecteur idéal, c’est un peu comme un chien qui va aboyer dès qu’il sent une truffe. Notre matériau supraconducteur va réagir dès qu’il sera mis en présence d’un champ magnétique. Les squids sont finalement l’utilisation de ces fameuses propriétés de sensibilité extrême aux champs magnétiques, pour pouvoir dire finalement, si j’ai un matériau dont je veux connaitre les propriétés magnétiques, je vais le placer très proche des squids supraconducteurs, qui vont réagir extrêmement fortement dès que le matériau change ses propriétés magnétiques. Quand j’étais aux Etats-Unis, on utilisait une petite machine qu’on appelait effectivement “Squid” et on plaçait nos échantillons du matériau qui nous intéressait, dont on voulait étudier les propriétés magnétiques. Le “Squid” nous permettait de mettre en évidence de manière extrêmement fine tout changement dans les propriétés magnétiques de l’élément que l’on voulait mesurer. Une des applications, naturellement, c’est la détection des champs magnétiques, par exemple, on veut mesurer ce qu’il se passe dans le cerveau des gens, mais pour ça, on ne veut pas ouvrir la boite crânienne. On va donc mesurer les champs magnétiques générés par les courants qui circulent dans notre cerveau. Avec des détecteurs extrêmement perfectionnés, qu’on place sur la tête (ces fameux squids), on peut avoir une sorte de carte qui permet de recomposer l’activité du cerveau, si une partie du cerveau est plus active qu’une autre. Çà permet de déterminer comment fonctionne notre cerveau.

A. : Excellent. Elle est vraiment partout cette supraconductivité, même là où on s’y attend le moins. Olivier Tripet nous posait encore une autre question. C’était la question des sciences dans la Silicon Valley. Notre invité d’il y a 15 jours, Pierre Kerner qui est chercheur en biologie et génétique évolutive, cassait un peu nos idées reçues en nous indiquant que faire de la recherche à New-York n’était finalement pas beaucoup plus facile qu’à Paris. Toi, tu as fait le même genre d’expérience, Genève-Californie, même combat ?

L.M. : Oui, effectivement. Je pense que le gens ne se rendent pas toujours compte, et moi-même je dois admettre que quand j’ai fait mes études à l’Ecole Polytechnique, puis ensuite à l’université de Genève, je n’avais pas du tout une idée précise de comment se passait la recherche dans d’autres endroits, et quand je suis arrivé dans la Silicon Valley, j’avais tellement une image romantique de la chose en pensant que les universités là-bas sont encore mieux équipées que celle que j’avais quittée en Suisse. Ce n’est pas le cas. En fait, on doit se rendre compte que la Suisse est extrêmement généreuse et a vraiment apporté beaucoup de soutien aux chercheurs, ce qui fait qu’on ait une recherche d’aussi bonne qualité. Quand je suis arrivé à l’université de Stanford, je dois admettre que c’était un peu un choc pour moi de voir l’état des laboratoires qui étaient beaucoup plus vétustes souvent, pour lesquels, parfois, les gens devaient vraiment construire eux-mêmes les appareils depuis zéro, alors qu’en Suisse, on avait la possibilité de pouvoir les acheter directement. C’est là que, pour quelqu’un qui a vécu en Suisse comme moi, c’est un choc de voir que, dans des endroits aussi prestigieux que Stanford, finalement, la science est presque plus difficile à faire qu’en Suisse. Ce qui, finalement, permet de relativiser les choses, on se rend compte que, au-delà de la qualité du matériel, c’est aussi la qualité de gens qui joue. Ce qui était intéressant, c’est de voir aussi des gens capables de construire eux-mêmes leurs appareils, de travailler sur des choses très basiques mais pour lesquelles ils avaient une énorme compréhension du détail alors que, peut-être, en Suisse, on avait trop facilement le réflexe d’acheter un équipement qui allait faire la mesure sans savoir exactement ce que cet équipement avait dans ses entrailles, pour pouvoir connaitre exactement, lorsqu’on faisait sa mesure, jusqu’où on pouvait arriver. Je pense que c’était pour moi un message très clair qui disait : “Les gens qui sont en Suisse doivent se rendre compte que leurs conditions de recherches sont exceptionnelles et il faut vraiment en profiter au maximum”. Mais ça ne veut pas dire que si on va à l’étranger, on va être confronté à des problèmes. On a la chance de pouvoir avoir une autre approche à la recherche qui était plus “celui qui va bricoler les choses qui va essayer de comprendre le processus à fond”, parce que quand on n’a pas les moyens de s’acheter l’appareil qui va résoudre telle ou telle mesure, il va devoir le prendre sur lui-même. Je pense que c’est une très belle expérience parce que, ces grandes universités américaines ont une très grande capacité à attirer des talents, et donc de pouvoir créer des équipes qui sont extrêmement talentueuses, avec des gens qui ont des compétences dans différents domaines. C’est une expérience similaire, je ne dirais pas que c’est meilleur ou moins bon, mais je pense que pour tout scientifique, c’est extrêmement simple de pouvoir aussi s’adapter dans des environnements qui ne sont pas toujours les mêmes.

A. : Oui, alors effectivement, ce sont encore des idées reçues comme ça qui giclent pour nous. Intéressant. Et puis, peut-être que la différence se trouve au niveau des relations entre l’académie et l’industrie. C’est peut-être un peu ça que tu as pu aller chercher là-bas et ramener ici ?

L.M. : Tout à fait. C’était le second choc après avoir vu la vétusté des laboratoires, mais peut-être pas vétusté, parce qu’ils étaient quand même bien équipés, mais disons le fait que, pour monter son équipement de mesure “from scratch”, comme on dit. L’autre choc, pour moi, il faut dire que c’était il y a 15-20 ans, c’était de me rendre compte à quel point il y avait une proximité, un échange constant entre l’aspect académique et les entreprises qui se trouvaient pas loin. J’ai eu la chance de pouvoir vivre dans ce système pendant 3 ans, moi-même passer de l’aspect académique à une société qui a été créée par le système Ford, que j’ai mentionné plus tôt qui s’appelle “Conductus”, qui recherche des applications pour la supraconductivité, et je pense que ça a été pour moi un choc parce que j’ai quitté la Suisse avec de très bons labos de recherche, aussi bien l’EPFL qu’à l’Université de Genève, mais avec peu d’interaction et de commercialisation de ces découvertes qui étaient extrêmement belles, je dirais. Il n’y avait pas du tout ce volet parallèle à la recherche qui est de dire “Mais y a-t-il des applications ? Pouvons-nous faire quelque chose avec ces applications, commercialiser nos découvertes ?”, alors qu’à la Silicon Valley, c’est quelque chose de naturel. On baignait là-dedans, on quittait Stanford, on allait juste boire un café ou un verre dans la ville d’à côté, et les gens ne parlaient que ce ça, de la prochaine compagnie qui allait être créée à partir de telle ou telle technologie. Je dois admettre que j’ai vu beaucoup de suisses arriver comme moi, avec une formation scientifique mais pas grand-chose d’autre dans leur cartable, se retrouver après quelques années ou quelques mois, je dirais pas des entrepreneurs mais des gens qui commencent à réfléchir à toute l’implication que leurs recherches peuvent avoir, les possibilités de développer des applications commerciales, et je pense que c’est ça qui m’a aussi convaincu de rentrer en Suisse, pour me dire que, finalement, cette recherche de si haute qualité, il fallait contribuer non seulement à la recherche mais aussi à son application et au développement du transfert de technologiques. J’ai eu la chance de pouvoir interagir avec toute sorte d’environnement dans la Silicon Valley, que ce soient les investisseurs, ces fameux “capital riskers” qui investissaient là-bas dans les compagnies, il y avait aussi la possibilité de pouvoir visiter des sociétés. J’ai travaillé un peu comme consultant pour ces mêmes “capital riskers” et donc j’ai pu moi-même évaluer le potentiel commercial de certaines sociétés qui développaient des nouvelles technologies. J’ai apporté plutôt une validation scientifique à cette époque-là. Tout ça était extrêmement profitable pour moi pour pouvoir me convaincre de l’importance que tout cela représente dans un environnement de recherche de pointe comme l’est Stanford, mais comme l’est aussi l’EPFL et l’Université de Genève.

M. : Je ne veux pas être rabat-joie, on pourrait en parler des heures, mais on s’était juré de ne pas dépasser l’heure pour cette émission. On a dit qu’on n’allait pas te retenir trop longtemps non plus, parce que je crois que tu es occupé…

L.M. : Oui, j’ai d’autres obligations, mais je peux répondre encore rapidement à une ou deux questions si elles ne sont pas trop longues…

M. : Je ne sais pas si Professeur Von, tu as encore quelque chose à rajouter ?

A. : Juste, pour bien situer aujourd’hui, tu es carrément passé de l’autre côté de la barrière. Tu ne fais plus du tout de recherche ?

L.M. : Non. Juste pour terminer la boucle, puisque j’ai pu parler de ce qu’il s’est passé là-bas, après 3 [...] [NdT : Coupure du flux audio] en développement de transfert technologique en Suisse, qui était un sujet qui commençait à devenir de plus en plus important, j’ai eu la chance de rencontrer un suisse expatrié à Stanford, qui était en activité dans les transferts technologiques depuis de nombreuses années, et qui m’a convaincu, qui est devenu mon mentor, si on veut, et qui m’a dit : “Rentre en Suisse, c’est une période absolument exceptionnelle qui va s’ouvrir en Suisse, parce que toute cette belle recherche va trouver de plus en plus d’applications et les gens comme toi vont contribuer aux transferts technologiques”. J’ai quitté un peu à contrecœur, j’y suis resté 3 ans mais l’appel du large, le retour à Genève, j’ai créé cette structure, qui s’appelle Unitec, qui a actuellement 12 personnes, et dont l’activité principale n’est plus de faire de la recherche, mais nous accompagnons les chercheurs, nous les aidons, à évaluer le potentiel commercial de leur découverte. Donc, on a la chance et le privilège de pouvoir interagir avec non plus un seul ou deux professeurs lorsqu’on fait de la recherche, mais à l’ensemble des professeurs de l’Université de Genève. Je ne dis pas qu’ils sont tous à notre chevet, mais chaque personne dans mon équipe a probablement une vingtaine ou une trentaine de professeurs avec lesquels ils interagissent régulièrement, et on a aussi le mérite d’interagir avec eux lorsqu’eux font des découvertes. Ceux qui connaissent la science savent que c’est beaucoup de travail et rarement des découvertes ou des résultats positifs. On a la chance d’être constamment en contact avec de nombreux chercheurs, chaque fois qu’ils font des découvertes. C’est très intéressant, des gens très enthousiastes. Mais naturellement, il faut évaluer, on doit les aider à dire si ces découvertes sont intéressantes, mais malheureusement, je ne pense pas qu’on arrivera à trouver en transfert technologique une compagnie existante, avec une startup à créer. On est beaucoup plus dans un mode où notre travail est de mettre une sorte d’évaluation, de pouvoir aider les chercheurs à mieux appréhender les applications potentielles de leur recherche et, si on se rend compte que c’est intéressant, de les accompagner dans la recherche d’un partenaire, dans la négociation des conditions de transfert, et dans tout le suivi. C’est un travail un peu particulier, une profession qui prend pas mal d’essor en Suisse et en Europe, de gens comme nous qui ont une formation mixte, science, recherche, mais également l’aspect juridique, l’aspect management et business. C’est un joli parcours où l’on peut évoluer au sein des scientifiques, mais aussi au sein de business… Il faut donc des gens qui soient capables de travailler le matin avec des scientifiques au niveau recherche, et l’après-midi avec des businessmen, par exemple, en faisant des négociations par rapport aux conditions de transfert.

A. : D’où cette maitrise de la métaphore, ce sens assez exceptionnel de la vulgarisation. Tu as évoqué pendant toute l’émission des sujets assez complexes mais de manière extrêmement simple, en les rendant limpides. J’imagine que de faire la passerelle, de jongler entre ces deux univers en permanence, ça forge une certaine pratique, effectivement. Si on a le temps pour une ultime question, je promets que c’est la dernière….

L.M. : Oui oui, allons-y, pas de problème…

A. : Quelles sont les technologies chaudes du moment, hormis la supraconductivité ?

L.M. : Sans trahir de secret d’Etat, puisque certaines technologies doivent être protégées, on n’a pas parlé des brevets, mais qui est un élément important pour pouvoir protéger certaines découvertes avant de pouvoir en parler et éviter que quelqu’un d’autre les pique, je dirais que dans notre métier, à l’Université de Genève, on a beaucoup d’activité dans les sciences de la vie, on a beaucoup parlé des matériaux, mais on a aussi beaucoup de choses qui ont lieu, des jeunes qui font des découvertes autour des traitements du diabète, du SIDA… On a la chance de voir les choses qui sont en train d’arriver, pour lesquelles on espère, et je dis bien “on espère”, parce qu’il ne faut pas donner de faux espoirs aux gens, mais on est dans un stade où on voit des découvertes qui ont lieu, par exemple, dans le traitement du diabète où, pour vous donner un exemple, des chercheurs permettent de comprendre certaines raisons du diabète, de pouvoir offrir une potentielle façon de les guérir, même si encore je dois dire avec beaucoup d’attention, ce n’est pas encore quelque chose qui puisse être réalisé. Il y a encore beaucoup de recherches qui doivent être faites mais, on voit vraiment les prémices de découvertes qui pourraient amener, dans 5 ans ou 10 ans, les traitements du futur. On a la chance de pouvoir travailler dans ces environnements qui vont peut-être façonner ce qui va arriver sur le marché d’ici 5, 10, 15 ans. Moi, je reste toujours très prudent, et toujours un peu sceptique quand je vois dans la presse l’utilisation du conditionnel (“on pourrait imaginer telle application, on pourrait imaginer tel traitement, on pourra [NdT : là, c'est du futur :) ] guérir les gens de paralysie, on pourra [NdT : Encore du futur] leur donner de nouveau la possibilité de marcher…”). Je pense qu’il faut être très prudent parce qu’il y a des gens qui ont des problèmes graves, et qui espèrent, et je crois qu’il ne faut pas les décevoir, il faut être cohérent avec eux. Il y a énormément de choses qui se font, il y a énormément de découvertes qui ont lieu, mais beaucoup de ces découvertes, malheureusement, dans leurs développements, aboutissent à une impasse, ou quelque chose n’est pas possible pour des raisons que l’on ne connaissait pas au départ. Même si je peux garantir que beaucoup de choses ont lieu à l’Université de Genève, en tout cas, c’est ce que l’on voit tous les jours, je ne peux pas dire aux gens qu’on va les guérir du diabète ou du SIDA. Par contre, on peut dire qu’il y a un effort et que l’on est optimiste, qu’en voyant toutes ces découvertes, il y en a bien une ou deux qui vont probablement, d’ici 5 ans, d’ici 10 ans, aboutir à des traitement importants, qui auront un impact non négligeable sur la société. C’est aussi pour ça qu’on travaille, ce n’est pas pour faire de l’argent, comme beaucoup le pensent. On n’est pas des agents d’université pour récupérer de l’argent sur le dos des autres compagnies. On est là pour permettre à des découvertes qui le méritent de pouvoir être transférées vers des entreprises qui, elles, vont faire tout ce travail de validation, et qui aboutiront, on espère dans 5 ans, dans 10 ans, à des traitements qui pourront sauver des vies, qui pourront guérir, qui pourront améliorer la qualité de vie de nous-même, finalement, de toi, de moi, de ceux qui nous écoutent. Il y a cette volonté de faire partie d’une chaîne d’innovation. La Suisse est un pays exceptionnel pour ça et je pense qu’on a la chance de pouvoir contribuer à cet effort qui est fait par beaucoup de gens, du scientifique à nous, jusqu’aux médecins qui appliquent ça. C’est toute une chaîne vertueuse, qui nous anime.

A. : On continuerait pendant des heures, on sent la passion, c’est génial. Tu aurais des milliers de choses à nous dire. On va en rester là pour cette fois…

M. : Merci infiniment pour toutes ces explications et cet entretien. Très intéressant.

L.M. : Je vous souhaite une très bonne continuation, et une bonne visite au CERN. Vous profiterez de bien regarder les supraconducteurs lorsqu’ils seront devant vos yeux. Vous poserez des questions pour bien comprendre où ils se trouvent et pour les voir réellement devant vous !

M. : On ne manquera pas de chercher les aimants qui dirigent les particules.

A. : On les regardera d’un tout autre œil ! [Rires] Merci infiniment Laurent !

 

Cette interview a été diffusée au cours de l’épisode 41 de Podcast Science.

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