Afin de comprendre le fonctionnement d’un supraconducteur, il peut être utile d’examiner d’abord le fonctionnement d’un conducteur ordinaire. Certains matériaux tels que l’eau et le métal permettent aux électrons de les traverser assez facilement, comme l’eau à travers un tuyau d’arrosage. D’autres matériaux, tels que le bois et le plastique, ne laissent pas passer les électrons, ils sont donc considérés comme non conducteurs. Essayer de faire passer l’électricité à travers eux serait comme essayer de faire passer de l’eau à travers une brique.
Même parmi les matériaux considérés comme conducteurs, il peut y avoir de grandes différences dans la quantité d’électricité pouvant réellement traverser. En termes électriques, cela s’appelle la résistance. Presque tous les conducteurs normaux d’électricité ont une certaine résistance car ils ont leurs propres atomes, qui bloquent ou absorbent les électrons lorsqu’ils traversent le fil, l’eau ou un autre matériau. Un peu de résistance peut être utile pour garder le flux électrique sous contrôle, mais cela peut aussi être inefficace et inutile.
Un supraconducteur prend l’idée de résistance et la renverse. Un supraconducteur est généralement composé de matériaux synthétiques ou de métaux tels que le plomb ou le niobiumtitane qui ont déjà un faible nombre d’atomes. Lorsque ces matériaux sont gelés jusqu’à un zéro presque absolu, les atomes qu’ils contiennent sont presque à l’arrêt. Sans toute cette activité atomique, l’électricité peut circuler à travers le matériau sans pratiquement aucune résistance. Concrètement, un processeur informatique ou une voie ferrée électrique équipée d’un supraconducteur utiliserait très peu d’électricité pour remplir ses fonctions.
Le problème le plus évident avec un supraconducteur est la température. Il existe peu de moyens pratiques de surrefroidir de grandes quantités de matériau supraconducteur jusqu’au point de transition requis. Une fois qu’un supraconducteur commence à se réchauffer, l’énergie atomique d’origine est restaurée et le matériau crée à nouveau une résistance. L’astuce pour créer un supraconducteur pratique consiste à trouver un matériau qui devient supraconducteur à température ambiante. Jusqu’à présent, les chercheurs n’ont découvert aucun métal ou matériau composite qui perdrait toute sa résistance électrique à haute température.
Pour illustrer ce problème, imaginez un fil de cuivre standard comme une rivière d’eau. Un groupe d’électrons est dans un bateau essayant d’arriver à destination en amont. La puissance de l’eau qui coule en aval crée une résistance, ce qui oblige le bateau à travailler encore plus fort pour traverser toute la rivière. Au moment où le bateau atteint sa destination, de nombreux passagers électroniques sont trop faibles pour continuer. C’est ce qui se passe avec un conducteur ordinaire – la résistance naturelle provoque une perte de puissance.
Imaginez maintenant que la rivière soit complètement gelée et que les électrons soient dans un traîneau. Puisqu’il n’y aurait pas d’eau s’écoulant en aval, il n’y aurait pas de résistance. Le traîneau passerait simplement sur la glace et déposerait presque tous les passagers d’électrons en toute sécurité en amont. Les électrons n’ont pas changé, mais la rivière a été modifiée par la température pour n’opposer aucune résistance. Trouver un moyen de geler la rivière à une température normale est l’objectif ultime de la recherche sur les supraconducteurs.