La Chine construit un aimant qui bat tous les records – mais pas sans prix

La Chine construit un aimant qui bat tous les records – mais pas sans prix

La Chine abrite désormais l'aimant résistif le plus puissant au monde, qui produit un champ magnétique plus de 800 000 fois plus puissant que celui de la Terre.

Le 22 septembre, l'aimant a maintenu un champ magnétique constant de 42,02 Tesla à l'installation à champ magnétique constant (SHMFF) des instituts des sciences physiques Hefei de l'Académie chinoise des sciences. Cette étape bat de peu le record de 41,4 Tesla établi en 2017 par un aimant résistif du National High Magnetic Field Laboratory (NHMFL) des États-Unis à Tallahassee, en Floride. Les aimants résistifs sont constitués de fils métalliques enroulés et sont utilisés dans les systèmes magnétiques du monde entier.

Le détenteur du record chinois pose les bases de la construction d’aimants fiables capables de maintenir des champs magnétiques toujours plus puissants. Cela permettrait aux chercheurs d'acquérir de nouvelles connaissances physiques surprenantes, explique Joachim Wosnitza, physicien au laboratoire High Field de Dresde en Allemagne.

L'aimant résistif, ouvert aux utilisateurs internationaux, constitue la deuxième contribution majeure de la Chine à l'effort mondial visant à générer des champs magnétiques toujours plus élevés. En 2022, l'aimant hybride du SHMFF, qui combine un aimant résistif et un aimant supraconducteur, a produit un champ de 45,22 Tesla et est considéré comme l'aimant permanent le plus puissant au monde.

Outil de recherche

Les aimants à champ élevé sont des outils utiles pour révéler les propriétés cachées de matériaux avancés tels que Supraconducteurs – Matériaux qui conduisent l’électricité à très basse température sans perte de chaleur. Les champs élevés offrent également la possibilité de découvrir des phénomènes physiques entièrement nouveaux, explique Marc-Henri Julien, physicien du solide au Laboratoire national des champs magnétiques intenses de Grenoble, en France. « On peut créer ou manipuler de nouveaux états de la matière », explique Julien.

Les champs élevés sont également utiles pour les expériences basées sur des mesures très sensibles, car ils augmentent la résolution et facilitent la détection de phénomènes faibles, explique Alexander Eaton, physicien du solide à l'Université de Cambridge, au Royaume-Uni. « Chaque Tesla supplémentaire est exponentiellement meilleure que la précédente », ajoute-t-il.

Guangli Kuang, physicien spécialisé dans les champs magnétiques élevés au SHMFF, explique que l'équipe a passé des années à modifier l'aimant pour atteindre le dernier record. « Cela n’a pas été facile d’y parvenir », dit-il.

Fiable mais cher

Les aimants résistifs sont une technologie plus ancienne, mais peuvent maintenir des champs magnétiques pendant des périodes plus longues que leurs homologues hybrides et entièrement supraconducteurs plus récents, explique Wosnitza. Leurs champs magnétiques peuvent également être augmentés beaucoup plus rapidement, ce qui en fait des outils expérimentaux polyvalents. « Il suffit d’actionner un interrupteur et de passer de zéro Tesla à des champs élevés en quelques minutes », dit-il.

Le gros inconvénient des aimants résistifs est leur consommation d’énergie élevée, ce qui les rend coûteux, explique Eaton. Ainsi, l'aimant résistif du SHMFF a consommé 32,3 mégawatts d'électricité pour créer son champ record. « Il faut une très bonne raison scientifique pour justifier cette ressource », explique Eaton.

Ce défi alimente la course au développement d’aimants hybrides et entièrement supraconducteurs capables de générer des champs élevés avec moins d’énergie. En 2019, les chercheurs du NHMFL ont construit un aimant supraconducteur miniaturisé de validation de principe qui a brièvement Champ de 45,5 Tesla maintenu et développent actuellement un aimant supraconducteur plus grand de 40 Tesla pour les expériences. L'équipe du SHMFF construit un aimant hybride de 55 Tesla. Bien que ces nouveaux aimants devraient être moins coûteux à exploiter que leurs prédécesseurs résistifs, ils comportent leurs propres défis : ils sont plus coûteux à fabriquer et nécessitent des systèmes de refroidissement complexes, explique l'ingénieur Mark Bird, co-responsable de la science et de la technologie magnétiques au NHMFL. «La technologie est encore en développement et les coûts ne sont pas encore clairs», explique Bird.