La supraconductivité à haute température sous pression ambiante vient de franchir un nouveau cap. Des scientifiques chinois de l’Université Southern Science and Technology (SUSTech), en collaboration avec l’Université Tsinghua et le Quantum Science Center de la Grande Baie Guangdong-Hong Kong-Macao, ont réussi à induire la supraconductivité dans un film mince d’oxyde de nickel sans recourir à des pressions extrêmes. Cette découverte, publiée dans la revue Nature, positionne les matériaux à base de nickel comme le troisième système de supraconducteurs à haute température connu, après les cuprates (base cuivre) et les pnictures de fer.
Qu’est-ce que la supraconductivité à haute température ?
La supraconductivité est un phénomène physique dans lequel certains matériaux présentent une résistance électrique nulle et un diamagnétisme parfait lorsqu’ils sont refroidis en dessous d’une température critique. La grande majorité des matériaux supraconducteurs n’atteignent cet état qu’à des températures extrêmement basses, inférieures à -250 °C.
On parle de supraconducteur à haute température dès lors qu’un matériau maintient son état supraconducteur au-dessus de -233 °C (40 kelvins). Ce seuil, bien que toujours très froid à l’échelle humaine, représente un bond technologique majeur : il permet l’utilisation de réfrigérants moins coûteux, comme l’azote liquide, et ouvre la voie à des applications industrielles concrètes.
Supraconductivité de l’oxyde de nickel : l’obstacle de la pression enfin surmonté
Avant cette percée, les oxydes de nickel (nickelates) étaient déjà considérés comme des candidats prometteurs à la supraconductivité à haute température. Cependant, une contrainte majeure limitait leur exploitation : la supraconductivité ne pouvait être obtenue que sous des pressions extrêmement élevées, atteignant plusieurs centaines de milliers de fois la pression atmosphérique — des conditions comparables à celles régnant au cœur de la Terre.
L’équipe dirigée par le professeur Xue Qikun, académicien de l’Académie chinoise des sciences et président de SUSTech, et le professeur associé Chen Zhuoyu, a relevé ce défi en trois ans de travaux. Leur approche repose sur la maîtrise d’une technique de croissance de films minces à l’échelle atomique, couplée à des capacités d’oxydation ultra-précises. Le résultat : un film mince d’oxyde de nickel atteignant la supraconductivité dans des conditions de pression ambiante, sans aucune compression artificielle.
Fait notable : l’intégralité de la recherche a été conduite avec des équipements développés en Chine, ce qui marque une avancée significative dans les capacités expérimentales indépendantes du pays.
Pourquoi ce troisième système de matériaux change-t-il les règles ?
Jusqu’à présent, deux familles de supraconducteurs à haute température étaient identifiées :
- Les cuprates (oxydes de cuivre), découverts en 1986, qui détiennent les records de température critique les plus élevés sous pression ambiante.
- Les pnictures de fer, découverts en 2008, qui ont ouvert une nouvelle voie de recherche sur les mécanismes supraconducteurs.
L’ajout des nickelates comme troisième famille permet aux chercheurs de mener des études comparatives entre ces trois systèmes. Cette approche comparative est capitale : en identifiant les points communs et les différences entre les trois familles, les physiciens espèrent percer le mystère des mécanismes fondamentaux de la supraconductivité à haute température, l’une des grandes questions ouvertes de la physique de la matière condensée depuis des décennies.
Quelles applications concrètes sont attendues ?
La supraconductivité à haute température sous pression ambiante ouvre des perspectives dans de nombreux domaines industriels et scientifiques :
- Transmission et stockage d’énergie : des câbles supraconducteurs permettraient de transporter l’électricité sans perte par effet Joule.
- Imagerie médicale : les IRM actuels reposent déjà sur des aimants supraconducteurs ; des matériaux plus accessibles réduiraient leur coût et leur encombrement.
- Transport : les trains à lévitation magnétique (maglev) bénéficieraient d’une propulsion plus efficace et moins énergivore.
- Informatique quantique : les qubits supraconducteurs constituent déjà la base de nombreux ordinateurs quantiques ; des matériaux opérationnels à plus haute température simplifieraient leur déploiement.
- Instruments scientifiques de précision : détecteurs, magnétomètres et accélérateurs de particules pourraient gagner en performance.
Selon le professeur Chen Zhuoyu, une percée dans la compréhension des mécanismes supraconducteurs devrait ouvrir la voie à des progrès transformateurs dans l’énergie, les technologies de l’information et la médecine.
Prochaine étape : la supraconductivité au-dessus de la température de l’azote liquide
L’équipe de SUSTech a déjà fixé son prochain objectif : exploiter leurs techniques expérimentales pour explorer des matériaux capables d’atteindre la supraconductivité au-dessus de la température de l’azote liquide (-196 °C, soit 77 kelvins) sous pression ambiante. Franchir ce seuil constituerait une révolution technologique, car l’azote liquide est un réfrigérant abondant et très peu coûteux, contrairement à l’hélium liquide actuellement utilisé pour la plupart des applications supraconductrices.
Questions fréquentes
Qu’est-ce que la supraconductivité à haute température ?
La supraconductivité à haute température désigne la capacité d’un matériau à présenter une résistance électrique nulle au-dessus de -233 °C (40 kelvins). Ce seuil est conventionnel : il marque la limite au-delà de laquelle des réfrigérants moins coûteux que l’hélium liquide peuvent être envisagés.
Pourquoi la pression ambiante est-elle un enjeu crucial ?
Obtenir la supraconductivité sous pression ambiante — c’est-à-dire sans comprimer le matériau — est indispensable pour toute application industrielle ou médicale. Les pressions extrêmes requises auparavant (centaines de milliers d’atmosphères) rendaient les nickelates inutilisables hors des laboratoires spécialisés.
Quels matériaux étaient supraconducteurs à haute température avant cette découverte ?
Avant les travaux de SUSTech, deux familles étaient connues : les cuprates (oxydes de cuivre, découverts en 1986) et les pnictures de fer (découverts en 2008). L’oxyde de nickel constitue désormais la troisième famille identifiée sous pression ambiante.
Qui a mené ces recherches et où ont-elles été publiées ?
Les recherches ont été conduites par les équipes de Xue Qikun et Chen Zhuoyu (SUSTech), en collaboration avec l’Université Tsinghua et le Quantum Science Center de la Grande Baie Guangdong-Hong Kong-Macao. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Nature.
Quand la supraconductivité à température ambiante sera-t-elle possible ?
Aucune équipe n’a encore démontré une supraconductivité stable à température ambiante (environ 20 °C) sous pression ambiante de manière reproductible. L’objectif immédiat des chercheurs est d’atteindre la supraconductivité au-dessus de -196 °C (température de l’azote liquide), ce qui représenterait déjà une avancée majeure.
En quoi consiste la technique du film mince utilisée par l’équipe chinoise ?
L’équipe a développé une méthode de croissance de films minces à l’échelle atomique, permettant de déposer des couches d’oxyde de nickel avec une précision extrême et des capacités d’oxydation ultra-contrôlées. Cette maîtrise de la structure cristalline à l’échelle nanométrique est la clé qui a permis d’obtenir la supraconductivité sans pression externe.
Quelles sont les applications industrielles les plus proches ?
À court terme, les applications les plus réalistes concernent l’imagerie médicale (IRM plus accessibles), les câbles de transport d’énergie sans perte et les systèmes de propulsion maglev. L’informatique quantique représente également un débouché majeur à moyen terme.
Cette découverte sur la supraconductivité de l’oxyde de nickel à pression ambiante représente l’une des avancées les plus significatives de la physique des matériaux de ces dernières années. En établissant une troisième famille de supraconducteurs à haute température, les chercheurs chinois offrent à la communauté scientifique mondiale un levier puissant pour comprendre et exploiter ce phénomène aux applications potentiellement révolutionnaires.
Mis à jour en mai 2026
