Pour la première fois, des chercheurs ont créé un aimant supraconducteur miniature qui correspond à la force de certains des aimants industriels les plus puissants au monde. Cette réalisation représente un bond en avant significatif dans la technologie des aimants, démocratisant potentiellement l’accès aux applications magnétiques à champ élevé, auparavant limitées par leur taille et leur coût.
Le défi des champs magnétiques puissants
Des aimants puissants sont essentiels pour divers domaines, notamment l’imagerie médicale (IRM), la recherche en physique des particules et l’énergie de fusion expérimentale. Les aimants les plus puissants reposent traditionnellement sur des supraconducteurs, des matériaux qui conduisent l’électricité sans pratiquement aucune résistance. Cependant, ces supraconducteurs nécessitent souvent une infrastructure massive : les versions plus petites rivalisent toujours avec la taille d’un petit véhicule, tandis que les plus grandes sont comparables à des bâtiments à plusieurs étages.
Le nouvel aimant miniature
Une équipe de l’ETH Zurich, dirigée par Alexander Barnes, a développé un aimant supraconducteur de seulement 3,1 millimètres de diamètre, qui rivalise en termes de puissance avec ces systèmes plus grands. La percée est venue de l’enroulement d’un ruban ultra-mince de REBCO, un supraconducteur en céramique, et de son refroidissement à des températures extrêmement basses. Grâce à une approche itérative « fail fast » impliquant plus de 150 prototypes, l’équipe a finalisé une conception utilisant deux ou quatre bobines REBCO en forme de crêpe.
Mesures de performances
Les aimants résultants génèrent des champs de 38 à 42 Tesla, dépassant de loin la force des aimants de réfrigérateur classiques (moins de 0,01 Tesla). Pour rappel, le record mondial actuel de champs magnétiques stables est d’environ 45 Tesla, mais nécessite un équipement de plusieurs tonnes et jusqu’à 30 mégawatts de puissance. L’aimant de Barnes fonctionne avec moins de 1 watt.
Implications et applications futures
L’objectif immédiat est d’intégrer cette technologie à la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN). La RMN est une technique utilisée pour déterminer la structure des molécules, mais son accessibilité est limitée par la taille et le coût des systèmes magnétiques actuels. En rendant les aimants à champ élevé plus petits et plus abordables, cette innovation pourrait ouvrir l’analyse chimique avancée à un plus large éventail de chercheurs.
Point de vue d’un expert
Mark Ainslie du King’s College de Londres confirme l’importance : « La production de champs supérieurs à 40 Tesla nécessite traditionnellement des installations très grandes et coûteuses… il est important d’obtenir des intensités de champ similaires dans un appareil aussi compact. »
Toutefois, des améliorations supplémentaires sont nécessaires. Des questions demeurent quant à l’uniformité du champ magnétique et au contrôle précis du comportement électromagnétique avant une adoption généralisée. Néanmoins, cette évolution suggère que les aimants à champ élevé pourraient bientôt devenir plus accessibles aux laboratoires de diverses disciplines.
Cette avancée promet de remodeler la façon dont nous abordons les applications magnétiques à champ élevé, en mettant des outils puissants à la disposition d’un plus large éventail d’utilisateurs scientifiques et industriels.
