Cette fois, la balle est dans le camp des théoriciens de la théorie quantique—les scientifiques qui étudient la physique quantique. Ils sondent l'univers des petits électrons—ces petites particules qui forment la matière présente dans pratiquement tout ce qui nous entoure—et élaborent de nouvelles théories pour expliquer la mécanique qui sous-tend la plupart des éléments les plus communs.
Parmi les scientifiques qui expérimentent ces nouvelles théories, il faut mentionner Catherine Kallin, professeure de physique et d'astronomie à l'Université McMaster. En sa qualité de physicienne de la matière condensée, elle mène des recherches de pointe visant à mieux comprendre le fonctionnement de notre monde par l'étude de matériaux tels que les aimants et les supraconducteurs.
« Le but de mes recherches est de trouver de nouvelles propriétés à de nouveaux matériaux et, ce faisant, de comprendre comment ils pourraient servir à de nouveaux types d'appareils et de nouvelles applications, indique C. Kallin. Je suis intéressée par absolument tout ce qui sort de l'ordinaire. »
Une partie de ses recherches porte sur les supraconducteurs. Si on surcharge un câble électrique, il surchauffe et peut même brûler. Ce n'est pas le cas des supraconducteurs, qui peuvent supporter des charges très élevées sans surchauffer.
Les supraconducteurs sont couramment utilisés dans les appareils d'imagerie par résonance magnétique (IRM) dans les hôpitaux. On les retrouve également dans les trains à lévitation magnétique, les MagLev, qui circulent entre autres au Japon. Ces trains et leurs rails ont la propriété inédite d'expulser les champs magnétiques. Le principe qui sous-tend cette application est appelé l'effet Meissner. Cette propriété fait en sorte que le train flotte au-dessus des rails, éliminant ainsi toute friction et tout frottement et permettant aux voyageurs d'atteindre leur destination en un temps record, à une vitesse d'environ 550 kilomètres à l'heure.
La supraconductivité a une longue histoire. Les supraconducteurs conventionnels ont été découverts en 1911, alors que les supraconducteurs à haute température l'ont été en 1986. Cependant, bien des questions demeurent encore sans réponse quant à leur utilisation et leur comportement. Depuis plus de 14 ans, Catherine Kallin et ses collègues tentent de comprendre et d'expliquer ce comportement. « Quels sont les mécanismes physiques sous-jacents responsables de la supraconductivité à haute température? Voilà à quoi nous travaillons », indique John Berlinsky, directeur du département de physique et d'astronomie de l'Université McMaster.
C'est une chose que d'utiliser les supraconducteurs dans le transport ferroviaire sur la terre ferme, mais qu'en est-il de leur utilisation dans l'espace extra-atmosphérique? John Berlinsky indique que les supraconducteurs peuvent aussi améliorer la réception des courants électriques sur la Terre, et qu'ils peuvent faire exactement la même chose en ce qui touche les systèmes de communication en orbite autour de la Terre.
Retombées
Les physiciens théoriques nous aident à comprendre les propriétés des nouvelles matières, ces ingrédients des technologies futures. L'utilisation de supraconducteurs efficaces dans les installations productrices d'électricité pourrait se révéler une source d'énergie électrique plus fiable, de meilleur débit et moins polluante.
Si les physiciens et les chimistes réussissaient à repousser encore davantage les limites de température des supraconducteurs, le monde tel que nous le connaissons aujourd'hui pourrait être fort différent. « Si nous pouvions arriver à obtenir des matériaux supraconducteurs près de la température de la pièce (autour de 20 degrés Celsius), cela révolutionnerait la technologie, estime Catherine Kallin. Nous pourrions transporter de l'énergie d'un endroit à un autre à très bas coût et pratiquement sans pertes. » La chercheure explique que le transport de l'énergie d'un lieu à un autre (par exemple, de l'endroit où elle est produite jusqu'à votre domicile) entraîne des pertes dues à la résistance électrique des câbles. Cependant, quand l'énergie est transmise par des câbles supraconducteurs, la résistance électrique et les pertes énergétiques sont nulles, ce qui permet des économies importantes.
Les supraconducteurs sont également en train de changer la technologie de la communication par micro-ondes, comme dans les téléphones cellulaires et les téléphones satellites. « Il n'y a pas de perte électrique et les signaux sont clairs, indique John Berlinsky. En fait, la question est de savoir combien de fréquences peuvent être utilisées en même temps car cela détermine la quantité d'information emmagasinable dans les signaux. Au bout du compte, c'est l'écart entre quelques centaines d'appels sur un même circuit et plusieurs milliers. »
Les supraconducteurs pourraient également changer l'ordinateur tel qu'on le connaît aujourd'hui. Un ordinateur stocke de l'information en utilisant un code binaire, soit une succession de 0 et de 1. Cependant, les systèmes binaires comportent des limites. Les ordinateurs quantiques sont beaucoup plus complexes et ,donc, beaucoup plus performants en ce qui touche le stockage de l'information.
Partenaires
Le Canadian Institute for Advanced Research (CIFAR) soutient l'exploration scientifique. Cet organisme financé en partie par le secteur privé et en partie par le secteur public accorde, entre autres, des subventions aux scientifiques, leur permettant ainsi de se retirer pendant quelque temps de l'enseignement pour se consacrer à leurs recherches. « Le CIAR encourage également la formation de communautés de chercheurs, indique C. Kallin. Comme le Canada est peu densément peuplé et que nos chercheurs sont dispersés partout au pays, le CIAR nous permet de nous regrouper pour discuter de nos travaux. »
À Cambridge en Ontario, COM DEV progresse à pas de géant dans l'application de la technologie de la supraconductivité au secteur commercial. COM DEV conçoit et fabrique des instruments scientifiques et des liaisons de télécommunication par satellite. Actuellement, COM DEV exploite 85 brevets différents portant sur cette technologie. C'est dans le cadre de la collaboration de C. Kallin avec Materials and Manufacturing Ontario que COM DEV a financé, en partie, ses recherches.
Pour en savoir plus
Lisez l'exposé « From Superconductors to the Theory of Everything: A Journey Throught the Physics of Electrons » donné par Mme Kallin dans le cadre d'une série de conférences organisée, en 2003, par le Aspen Centre for Physics, à Aspen au Colorado. (Site anglophone)
