Qu’est-ce qu’un moteur supraconducteur ?
La supraconductivité dans les moteurs supraconducteurs désigne un phénomène dans lequel la résistance électrique d’un matériau particulier devient soudainement nulle lorsqu’il est amené à une température très basse.
Cette supraconductivité permet de faire circuler des courants élevés à des tensions faibles, ce qui crée un champ magnétique puissant et permet aux moteurs électriques d’avoir d’excellentes caractéristiques de couple.
Toutefois, si un champ magnétique externe est appliqué au fil supraconducteur et qu’un champ critique est dépassé, l’état supraconducteur est rompu et le fil devient conducteur normal avec une résistance électrique normale.
Utilisations des moteurs supraconducteurs
Comme les moteurs supraconducteurs devraient être plus compacts et plus légers que les moteurs électriques conventionnels de même puissance, ils devraient être utilisés dans les chemins de fer linéaires supraconducteurs (communément appelés voitures à moteur linéaire) et dans les applications de moteurs de propulsion pour les navires, les avions, etc.
Le train Maglev de Shanghai est à moteur linéaire supraconducteur, il s’agit d’un exemple bien connu qui a déjà été mise en service. Au Japon, la société JR Tokai travaille actuellement à sa construction en vue d’une mise en service en 2027.
La supraconductivité elle-même est déjà une technologie familière et pratique dans les équipements médicaux d’IRM.
Principe des moteurs supraconducteurs
Comme leur nom l’indique, les moteurs supraconducteurs utilisent des bobines de fil supraconducteur dans le rotor du moteur pour réaliser des moteurs à faibles pertes et à haut rendement avec d’excellentes caractéristiques de couple.
De plus, aux points d’entraînement de la voiture à moteur linéaire, des aimants utilisant le puissant champ magnétique de la supraconductivité sont disposés en ligne droite (linéaire) de part et d’autre du fuselage du véhicule pour le maintenir à flot, ce qui permet une exploitation ferroviaire à très grande vitesse avec moins d’influence du frottement des roues et d’autres éléments de résistance.
Les matériaux supraconducteurs comprennent des aimants bien connus tels que les alliages de niobium et de titane (Nb-Ti), qui présentent un phénomène de supraconductivité où la résistance électrique devient nulle à la basse température de 4 K (-269°C) dans l’hélium liquide, mais l’hélium liquide est très difficile et coûteux à manipuler, de sorte que ses applications pratiques ont été très limitées, par exemple dans l’IRM médicale.
En revanche, la découverte récente d’oxydes de cuivre à base de bismuth capables d’atteindre un état supraconducteur à des températures de 77 K (-196°C) dans l’azote liquide, connus sous le nom d’aimants supraconducteurs à haute température, a stimulé la recherche et le développement. En effet, comparé à l’hélium liquide, l’azote liquide est moins cher et plus facile à manipuler, et permet d’utiliser des refroidisseurs plus petits et moins coûteux.
Toutefois, certains problèmes doivent encore être résolus avant qu’il puisse être utilisé dans la pratique, et les principales entreprises de l’industrie lourde travaillent d’arrache-pied pour le développer.