Par Ted Rush – Mis à jour le 24 mars 2022
Améliorer les performances d’un aimant, qu’il s’agisse d’une bobine supraconductrice sur mesure ou d’un morceau de fer conventionnel, se résume souvent à une seule variable :la température. En refroidissant le matériau, les scientifiques peuvent réduire sa résistance électrique, augmenter le flux d’électrons et générer un champ magnétique plus puissant. Ce principe sous-tend tout, des laboratoires de recherche de haut niveau aux scanners IRM qui diagnostiquent les patients du monde entier.
La quantité qui régit une charge en mouvement est appelée courant électrique. Lorsque les électrons traversent un conducteur, ils créent un champ magnétique. La force de ce champ évolue avec l’ampleur du courant. Dans les aimants permanents, le mouvement des électrons est confiné aux atomes eux-mêmes, alors que dans les électroaimants, ce sont les électrons qui traversent les enroulements des fils.
Le courant peut être augmenté en augmentant le nombre de porteurs de charge ou en les accélérant. La charge élémentaire d’un électron est immuable, la solution pratique consiste donc à réduire la résistance qui entrave son mouvement. Une résistance plus faible signifie que les électrons peuvent accélérer plus facilement pour une tension donnée, augmentant ainsi le courant et, par conséquent, le champ magnétique.
La résistance électrique mesure la force avec laquelle un matériau s'oppose au flux d'électrons. Le cuivre est apprécié pour sa faible résistance, tandis que le bois est un mauvais conducteur car sa résistance est élevée. Le moyen le plus simple de modifier la résistance d'un matériau est d'ajuster sa température.
La résistance varie de manière prévisible avec la température :des températures plus froides produisent une résistance plus faible. En refroidissant les composants conducteurs, les ingénieurs peuvent augmenter le courant sans ajouter de puissance supplémentaire, améliorant ainsi le champ magnétique. Cette dépendance à la température est la pierre angulaire de la technologie magnétique moderne.
Certains matériaux présentent une chute spectaculaire de leur résistance lorsqu’ils atteignent une température critique, si dramatique que la résistance s’approche de zéro. Ces supraconducteurs permettent au courant de circuler avec une perte d'énergie négligeable, produisant des champs magnétiques exceptionnellement puissants. D'après le manuel Physique pour les scientifiques et les ingénieurs , il existe des milliers de composés supraconducteurs connus. Le laboratoire des champs magnétiques élevés de l'université Radboud de Nimègue, aux Pays-Bas, exploite cet effet pour alimenter un aimant si intense que même une grenouille, qui est normalement non magnétique, peut être en lévitation au-dessus de ses bobines.