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La supraconductivité

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by

Théophile Doubliez

on 22 March 2015

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Transcript of La supraconductivité

La théorie BCS ne permet pas ces nouveaux supraconducteurs :
Limitation à -240°C en théorie
Température trop élevée (vibration trop importante des atomes)
Électrons fortement corrélés : ils ne devraient plus pouvoir passer car ils sont trop nombreux.
La Supraconductivité
La supraconductivité
I Qu'est-ce que la supraconductivité ?
III La supra-conductivité pour l’environnement
Comment la supraconductivité pourrait-elle participer à réduire les problèmes environnementaux ?
Les câbles supraconducteurs
Plus d'effet Joule
Gain de place
3 à 5 fois plus de courant
Réponse à la demande croissante de puissance électrique
I Qu'est-ce que la supraconductivité ?
II Les problèmes environnementaux
III La supraconductivité pour l'environnement
La
découverte
Le
principe
Les
problèmes à résoudre
Les pertes électriques
Les trains du futur
Des
câbles supra-
conducteurs
Les défis d'aujourd'hui et de demain
Défis:



Trouver un supraconducteur à
température ambiante

Intégrer la supraconductivité dans
notre quotidien


Recherche
en cours à travers le
monde : espoir ?
La résistance électrique dans des métaux normaux conduit à une augmentation de la température
Lorsque l'on refroidit certains métaux leur résistance chute, ce sont les
supraconducteurs
Le
meilleur supraconducteur
connu : en dessous de
-135 °C

Problème majeur: le
froid

Systèmes de refroidissement très
coûteux
et
encombrants

II Les problèmes environnementaux
Les pertes électriques
10%
de perte électrique en France due à l'effet Joule :
33,6 TWh

25%
de perte électrique en Inde, Russie...
14%
de perte électrique dans le monde
L'effet Joule
Manifestation thermique de la résistance électrique
Les électrons se "cognent" sur les atomes, donc vibrations
Augmentation de la température
Puissance chaleur=résistance*courant²
Effet Joule responsable de
80%
des pertes
Les lignes hautes tensions actuelles
Pour transporter un maximum de courant :
Ligne
haut courant
Ligne
haute tension
Échauffement des lignes (effet Joule)
Ligne à haut courant :
t
oute l'énergie dissipée en moins de 100km
Lignes à haute tension :plus de 1% de l'énergie dissipée en 100km
Quelques réalisations
À Essen, Allemagne, mis en place en mars 2013 :
1km de câble
10kV, 2 300A
Meilleur compromis
Pas de champs magnétique
Supraconducteur de première génération

À Long Island, NYC, mis en place en avril 2008
600m de câble
138kV, 2 400A
300 000 foyers
1911
1933
1957
1986
Aujourd'hui et demain
Répulsion des champs magnétique : le diamagnétisme
Apparition d'un supercourant aux extrémités du supraconducteurs
Répulsion de tous les champs magnétiques
Les électrons se comportent comme une onde
Comportement identique
Évitent les défauts du matériau
Au niveau des électrons
Formation des
paires de Cooper
Les électrons devraient se repousser (deux charges négatives)
Mesure la résistance électrique du mercure
Que se passe-t-il chez un métal ?
Onnes
Meissner
Purification de l'eau
Incompréhension : recherche avec différentes molécules

La
technologie
ne fait pas que
polluer
l'environnement, mais elle aide aussi à le
préserver
.
J.Bardeen
L.N Cooper
J.R Schrieffer
Les recherches progressent : Découverte de nouveaux supraconducteurs : T
ype I
Chercheurs
d'IBM
Découverte de la supraconductivité à 125K

Découvre la perméabilité au champs magnétique
Supraconducteurs à haute température critique : Type II
La théorie BCS et les paires de Cooper
Point commun entre tout les supraconducteurs :
Structure en mille-feuille
Une couche composée de cuivre et d'oxygène
"Le mercure est passé dans un nouvel état, qui du fait des ses propriétés électriques pourrait être appelé état supraconducteur" - Onnes
Produit
20% des GES
Principaux polluants

Le monoxyde de carbone (CO)
- Les oxydes d'azote (NOx)







Les hydrocarbures imbrulés (Hc)
Les particules fines : PM2.5 et PM1
L'échappement des véhicules est le second émetteur de particules fines qui engendrent de nombreuses maladies
Masse de CO2 rejetée en Km :
Avion : 173 g/km
Voiture : 150 g/km
Bus 66.7 g/km
Train : 2 g/km
Tram : 0.6 g/km

Aujourd'hui, les moteurs thermiques sont de moins en moins polluants, mais ne sont pas envisagés comme la solution de déplacement pour l’avenir.
Les trains du futur
Transrapid chinois à Shangai
Transrapid allemand
Maglev Japonais
Autre Maglev Japonais
Le Maglev
Projet lancé en
1962
par le
Japon
mis en place en
1997

Train à lévitation magnétique

Sustentation électrodynamique (
EDS
)

Unique prototype
dans la région de
Yamanashi
Lévitation et guidage
Mais quel est son fonctionnement ?
Repose sur le principe du
courant de Foucault
et des
forces électromagnétiques
qui en résultent.
Propulsion



Bobines supraconductrices sur la voie de guidage activée par
courant alternatif


Electroaimant
change de pôle




Freinage
Aérofreins

Diminution des champs magnétiques alternatifs

Freins placés sur les roues à basse vitesse
Avantages
importants
Utilise l'
électricité



Aucune pollution
par dégagement dioxyde de carbone ou de résidus de combustion dans l'air


Une
plus faible
consommation d'énergie








Très peu
de nuisance sonore

Aménagement ayant un
faible impact environnemental


700 fois
plus sûr qu'une voiture !

Danger de déraillement infime

Transport très rapide:
record du monde
581 km/h
en 2003
il pourrait atteindre les
800 km/h
!
0,25 MJ
par passager

1,4 MJ
par passager
Presque 6 fois plus
...des applications futures



Avec
la
supraconductivité


Ces éléments polluants n'ont
pas les mêmes propriétés magnétiques



Séparation
grâce à un
aimant supraconducteur

avant la combustion
(ex: le souffre)


Mélange
de microparticules magnétiques dans l'eau


Fixation
de la poussière et substances polluantes de l'eau par ces microparticules magnétiques




Séparation
, du milieu liquide, de ce mélange grâce à un puissant
champ magnétique
généré par
des supraconducteurs
.
Assainissement
de l'air
Sans
la
supraconductivité





Expulsion,
dans
l'air
ambiant, les
polluants
et les autres composants de la fumée

But:

Elimination
des
agents polluants
avant leur éjection dans
l'environnement
.

Exemple: la combustion du charbon
:
En France :
58 réacteurs nucléaires
59,8€/MWh
2 milliards €
Problèmes du nucléaire :
déchets radioactifs pendant des centaines de millions d'années
rejet de produits chimiques
parcs français vieillissant

Lors du
tri magnétique

des
métaux




Utilisation d'
aimants
supraconducteurs
Tri sélectif
des déchets
Éviter le réchauffement climatique
Préserver nos ressources
Optimiser les déchets par le recyclage
Enjeux
Réchauffement climatique
Gaz à effet de serre
Facteurs :
Transports et industries
Préserver les ressources
Air:
Préserver les ressources
Eau :
93% des eaux sont polluées
Pour
1,3 milliard
de personnes :
Pas d'accès à l'eau potable
Mauvaise qualité de l'eau.
20% de la mortalité infantile
L'eau sera-t-il le pétrole de demain ?
Optimisation des déchets par le recyclage
374kg de déchets/français chaque année
Tri sélectif
des déchets
Préservation de l'eau et de l'air
"Ne pas traiter, c'est polluer !"
Des solutions applicables (Maglev, câbles etc.) pour aider à préserver l'environnement

Mais
aujourd'hui limitées par le refroidissement des supraconducteurs

Demain...
Conclusion
Réchauffement
climatique
Préserver les ressources
Optimisation
des déchets par le recyclage
La supraconductivité et la préservation des énergies
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