Dans un supraconducteur, en dessous d’une température appelée « température critique », très soudainement, la résistance électrique s’annule. Le matériau conduit alors parfaitement le courant. C’est incompréhensible car les défauts et vibrations des atomes devraient provoquer la résistance du matériau au passage des électrons. Et pourtant , dans un supraconducteur, la résistance électrique est rigoureusement nulle bien qu’il y ait toujours des défauts et toujours des vibrations !
Dans un supraconducteur, la résistance électrique est strictement nulle. Ainsi, un courant électrique peut continuer à circuler indéfiniment dans un anneau supraconducteur même une fois que la pile a été débranchée ! C’est comme cela qu’on crée les champs magnétiques dans les IRM. Il pourrait sembler curieux qu’une pile parvienne à créer une tension de quelques volts au bornes d’un un circuit supraconducteur, où justement la tension électrique est nécessairement nulle puisqu’il n’y a pas de résistance électrique. En réalité, la tension imposée par la pile se répartit dans les autres parties du circuit, c’est-à-dire dans les fils métalliques qui la relient au supraconducteur et à l’intérieur de la pile (la résistance interne).
La résistance est vraiment nulle : les mesures, menées sur plusieurs années, montrent que le courant ne décroit pas du tout. Attention, même si ce courant est perpétuel, ce n’est pas une violation des lois de thermodynamique (qui interdisent les machines à mouvement perpétuel), car ici il n’y a pas création d’énergie. L’énergie électrique est juste stockée dans l’anneau.
L’explication en deux mots : les électrons forment un nouvel état collectif quantique tout à fait original qui n’est plus sensible aux moindres chocs. Les électrons ne sont plus freinés, la résistance électrique a donc disparu.
A l’échelle microscopique, la physique quantique nous apprend que dans un métal, les électrons (ici en rouge) se comportent comme des ondes périodiques étalées sur plusieurs atomes indépendantes les unes des autres. Dès qu’un défaut se présente, ou que l’un des atomes du réseau cristallin vibre, ces ondes sont perturbées. A très basse température, quand un métal devient supraconducteur, ses électrons s’associent par paire. Toutes les paires d'électrons se superposent alors les unes aux autres pour former une seule onde quantique qui occupe tout le matériau. Cette onde tout à fait particulière devient insensible aux défauts du matériau : ils sont trop petits pour freiner l’ensemble de l’onde. La résistance électrique a disparu.
Mesure d'une résistance électrique dans un supraconducteur
