Un aimant supraconducteur à haute température de fabrication italienne, générant plus de 5 teslas et 1 mégajoule d'énergie stockée, a été présenté cette semaine à la Applied Superconductivity Conference à Pittsburgh. Ses développeurs le qualifient de dispositif le plus puissant de ce type en Europe construit entièrement à partir de matériaux supraconducteurs à haute température, et son arrivée signale l'effort des chercheurs européens pour reconquérir le terrain perdu face aux concurrents asiatiques et américains.

L'aimant a été construit dans l'usine d'ASG Superconductors à Gênes grâce à une collaboration entre l'entreprise et l'Institut national de physique nucléaire (INFN), financé dans le cadre d'un contrat du Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza de l'Italie, le plan de relance soutenu par l'UE du pays.

Pourquoi la température compte

Les aimants supraconducteurs classiques, de ceux qui équipent les scanners IRM et les accélérateurs de particules, fonctionnent entre 2 et 4 kelvins, juste au-dessus du zéro absolu. Atteindre et maintenir ces températures exige des systèmes cryogéniques complexes qui consomment de grandes quantités d'énergie et confinent cette technologie principalement à des laboratoires bien financés.

Les supraconducteurs à haute température, en revanche, fonctionnent entre 20 et 30 kelvins. Le terme est relatif : moins 250 degrés Celsius n'est pas chaud selon les standards ordinaires. Mais cette plage de températures est bien plus facile à atteindre et à maintenir que les conditions proches du zéro absolu exigées par les anciens aimants. Les systèmes de refroidissement deviennent plus simples. La consommation d'énergie baisse, et les coûts de fonctionnement chutent de ce que le projet décrit comme plusieurs ordres de grandeur.

Pour les réacteurs à fusion nucléaire, qui nécessitent des champs magnétiques énormes pour confiner un plasma à des températures stellaires, ce gain d'efficacité pourrait déterminer si une centrale produit plus d'énergie qu'elle n'en consomme. Pour les applications médicales et de recherche existantes, la même physique se traduit directement par des coûts de fonctionnement inférieurs.

Le retard compétitif de l'Europe

Le problème est que les matériaux supraconducteurs à haute température sont bien plus difficiles à travailler que les alliages de niobium-étain et de niobium-titane utilisés dans les aimants classiques. Le REBCO, le composant au cœur du dispositif italien, combine du cuivre, du baryum et des oxydes de terres rares. Le traiter exige une précision et une attention bien supérieures à ce que les techniques de fabrication établies peuvent offrir.

Le Japon et la Chine ont canalisé d'importantes ressources publiques pour maîtriser ces processus. Les États-Unis ont fait de même, et une vague de capitaux privés a suivi : les start-ups de fusion nucléaire, principalement américaines, ont levé plus de 7 milliards de dollars auprès d'investisseurs privés au cours des trois dernières années seulement. L'Europe, qui détenait autrefois une position de leader dans la recherche sur les supraconducteurs, a été dépassée.

Le projet italien est une tentative explicite de combler ce fossé. Financé par le PNRR, le même mécanisme qui a orienté des milliards d'euros de fonds de relance européens vers les priorités nationales, il relie l'infrastructure de recherche à une chaîne d'approvisionnement industrielle à Gênes.

Le bilan de l'usine de Gênes

ASG Superconductors, détenue par la famille Malacalza et basée en Ligurie, n'est pas novice. Son usine de Gênes a produit des aimants pour le Grand collisionneur de hadrons du CERN à Genève, pour les projets de fusion nucléaire ITER et JT60, pour le Fermilab aux États-Unis et pour le centre de recherche sur les ions lourds GSI en Allemagne. La compétence de l'entreprise en matière de supraconducteurs classiques est bien établie. Le défi consistait à étendre cette expertise à des matériaux où les tolérances de fabrication sont plus strictes et les modes de défaillance moins tolérants.

Ce que les chiffres révèlent

Cinq teslas représentent un champ magnétique puissant. Un scanner IRM d'hôpital typique fonctionne entre 1,5 et 3 teslas. Les aimants dipolaires du Grand collisionneur de hadrons fonctionnent à 8,3 teslas, mais il s'agit de supraconducteurs classiques refroidis à 1,9 kelvin. Atteindre 5 teslas avec un supraconducteur à haute température, à une température supérieure d'un ordre de grandeur, démontre que la technologie peut atteindre les intensités de champ exigées par les accélérateurs et les dispositifs de fusion sans la pénalité énergétique d'une cryogénie extrême.

Le chiffre de 1 mégajoule d'énergie stockée mesure la quantité d'énergie magnétique que le dispositif peut contenir, ce qui est pertinent pour les applications de fusion où les aimants doivent maintenir de grands champs sur de longues périodes sans se dégrader.

Le réseau Iris

L'aimant fait partie d'Iris, un réseau de laboratoires et de projets répartis à travers l'Italie et soutenus par le financement de l'INFN et du PNRR. Lucio Rossi, le chef de projet, a présenté le dispositif à l'ASC 2026 aux côtés de Marco Statera, également de l'INFN, le présentant comme la preuve que les chercheurs italiens et européens peuvent encore concourir au plus haut niveau, à condition que les investissements se poursuivent.

Rossi a décrit l'aimant comme « actuellement le plus sophistiqué et le plus puissant d'Europe parmi les aimants HTS complets pour accélérateurs », c'est-à-dire construit entièrement à partir de matériaux à haute température plutôt qu'un hybride intégrant une technologie plus ancienne. Il a ajouté : « Ce qui semble n'être aujourd'hui qu'une simple question d'innovation scientifique dans le domaine des aimants pourrait, à l'avenir, avoir des implications significatives d'un point de vue industriel également ; c'est précisément pourquoi nous devons investir et aller de l'avant, afin de permettre aux chercheurs et à l'industrie européens de se préparer à la compétition sur la scène mondiale. »

Les enjeux commerciaux à venir

Le marché mondial des aimants supraconducteurs vaut déjà plusieurs milliards de dollars par an. Les projections de l'industrie, citées à la conférence de Pittsburgh, évaluent ce chiffre à environ 10 milliards d'euros par an dans un avenir proche, porté par la fusion nucléaire et les applications énergétiques. Les start-ups de fusion qui ont attiré la majeure partie des récents investissements privés font désormais face à une épreuve exigeante : elles doivent construire des démonstrateurs fonctionnels pour justifier les financements continus, et les aimants sont le composant central que ces démonstrateurs exigent.

Les fournisseurs capables de livrer des aimants supraconducteurs à haute température à grande échelle et à un coût contrôlé détiendront un levier commercial significatif. Pour ASG Superconductors et l'INFN, la présentation de Pittsburgh a été un signal adressé à ce marché. La question est désormais de savoir si un seul aimant de démonstration, aussi impressionnant soit-il, peut être traduit en une fabrication reproductible et aux coûts maîtrisés que les entreprises de fusion et les institutions de recherche seront prêtes à payer.

Personnalités mentionnées

  • Lucio Rossi

    Project leader, National Institute of Nuclear Physics (INFN)

  • Antonio Zoccoli

    President, National Institute of Nuclear Physics (INFN)

  • Marco Statera

    Researcher, National Institute of Nuclear Physics (INFN)

Organisations

National Institute of Nuclear Physics (INFN) · ASG Superconductors · European Organization for Nuclear Research (CERN) · ITER Organization