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La supraconductivité, l’attraction du froid

C’est une vieille découverte venue du froid, mais elle préfigure surtout notre avenir… Découvrez comment la supraconductivité risque de changer durablement nos vies.

Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur
Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur

© Julien Bobroff / CNRS Images

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C’est une découverte venue du froid : le 8 avril 1911, le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes étudie le mercure à une température proche du zéro absolu lorsqu’il observe pour la première fois un phénomène physique fascinant : la supraconductivité. Plus de cent ans après, ce phénomène se trouve toujours au cœur des recherches de nombreux laboratoires, qui tentent d’en percer les mystères mais aussi d’en tirer les meilleures applications : imagerie médicale, transport d’électricité, ordinateurs quantiques… Plongez avec nous dans l’histoire et l’avenir de la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Expériences de spectroscopie à l'aide du grand électroaimant, menées sur le site de l'Office national des recherches scientifiques et industrielles et des inventions (ONRSII) à Bellevue, Meudon, le 19 septembre 1931. Elles se concentrent sur le spectre de l'oxygène pur, le spectre des arcs à haute intensité et le spectre d'absorption de l'iode deux fois ionisé.

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Expériences de spectroscopie à l'aide du grand électroaimant, menées sur le site de l'ONRSII
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196 °C. De la neige et de la glace ont été placées sur la pastille de supraconducteur. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Aimant lévitant au-dessus d'un supraconducteur cuprate
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Des gouttes d'azote liquide tombent sur l'aimant. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant au-dessus d'un supraconducteur
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. De la neige a été placée sur l'aimant en rotation. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Aimant lévitant au-dessus d'une pastille supraconductrice
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Ferrofluide au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Un aimant, préalablement placé au dessus de la pastille supraconductrice, a piégé du flux magnétique (vortex). Le ferrofluide est sensible à ce flux magnétique, d'où sa forme en hérisson. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet…

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Ferrofluide au-dessus d'un supraconducteur cuprate
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Phénomène de double lévitation. Un aimant lévite entre deux pastilles de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidies par de l'azote liquide à -196°C. La seconde pastille est elle-même en lévitation au dessus de l'aimant. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Double lévitation d'un aimant entre deux supraconducteurs
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Suspension d'un supraconducteur refroidi vers -196°C avec de l'azote liquide, en lévitation sous deux aimants tenus par une pince. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par le supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Suspension d'un supraconducteur refroidi vers -196°C avec de l'azote liquide, en lévitation sous deu
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Aimant lévitant au-dessus d'un supraconducteur cuprate
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Lévitation de deux aimants placés au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation de deux aimants placés au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO
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Lévitation d'un aimant en forme de disque plat au milieu d'un cylindre creux supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) tenu par une pince et refroidi par de l'azote liquide vers -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par le cylindre creu supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant en forme de disque plat au milieu d'un cylindre creux supraconducteur cuprate
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Une bougie a été posée au dessus de l'aimant. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un petit aimant au milieu d'un cylindre creux supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidi vers -196°C avec de l'azote liquide. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par le cylindre creu supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant dans un cylindre supraconducteur
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Lévitation d'un aimant en forme de disque plat au milieu d'un cylindre creux supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidi dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par le cylindre creu supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant en forme de disque plat au milieu d'un cylindre creux supraconducteur cuprate
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Lévitation d'un aimant anneau placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant anneau placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaC
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Une bougie a été posée au dessus de l'aimant. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant au-dessus d'un supraconducteur
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Des gouttes d'azote liquide tombent sur l'aimant. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Aimant en lévitation au-dessus d'un supraconducteur haute température. Cette expérience met en évidence la répulsion des lignes de champ magnétique par un supraconducteur. C'est l'effet Meissner. On observe aussi l'ébullition de l'azote liquide dans lequel le supraconducteur (noir) est plongé et une fumée de vapeur d'eau condensée.

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Aimant en lévitation au-dessus d'un supraconducteur haute température. Cette expérience met en évide
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Une bougie a été posée au dessus de l'aimant. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Une bougie a été posée au dessus de l'aimant en rotation. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Ce phénomène est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Des gouttes d'azote liquide tombent sur l'aimant. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Yttrium, Baryum, Cuivre, Oxygène) refroidie dans de l'azote liquide à -196°C. Une feuille morte a été glissée entre l'aimant et le cuprate. Ce phénomène de lévitation est la conséquence de l'effet Meissner qui consiste en l'expulsion des champs magnétiques par la pastille de supraconducteur. L'effet Meissner est l'une des propriétés définissant la supraconductivité.

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Lévitation d'un aimant placé au dessus d'une pastille de supraconducteur cuprate de type YBaCuO (Ytt
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Tour Eiffel supra en lévitation devant la tour Eiffel. Animation réalisée lors de l'exposition "Entrée en matière", organisée par le CNRS dans les jardins du Trocadéro du 19 au 30 octobre 2011. La tour Eiffel supra lévite grâce à des pastilles supraconductrices. Les supraconducteurs, une fois refroidis dans de l'azote liquide à -196°C, conduisent parfaitement le courant électrique et expulsent les champs magnétiques. Ils repoussent ainsi les aimants et font léviter la tour.

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Tour Eiffel supra en lévitation devant la tour Eiffel
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Structure cristallographique d'un alliage de niobium et d'étain Nb3Sn, un matériau supraconducteur. Les atomes de niobium sont en jaune, les atomes d'étain en vert. Ce matériau est notamment utilisé dans les câbles pour les technologies de RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) et d'IRM (Imagerie par Résonance Magnétique).

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Structure cristallographique d'un alliage de niobium et d'étain Nb3Sn, un matériau supraconducteur.
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Mesures de la topographie du champ magnétique, effectuées sur la maquette du grand électroaimant avec un "gaussmètre", sur le site de l'Office national des recherches scientifiques et industrielles et des inventions (ONRSII) à Bellevue, Meudon, en septembre 1928. Fondé sur la mesure du couple exercé par le champ magnétique sur un petit cristal de sidérose, le gaussmètre permet la lecture directe sur un cadran.

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Mesures de la topographie du champ magnétique, effectuées sur la maquette du grand électroaimant
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Grand électroaimant photographié à la plateforme d'essais des ateliers de la compagnie Thomson-Houston, à Saint-Ouen, le 12 mai 1928, en présence de M. Jules-Louis Breton, président de l'Office national des recherches scientifiques et industrielles et des inventions (ONRSII). Le grand électroaimant a ensuite été installé à l'Office.

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Grand électroaimant sur la plateforme d'essais des ateliers de la compagnie Thomson-Houston
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Demi-bobine du grand électroaimant extraite de sa charpente de transport, sur le site de l'Office national des recherches scientifiques et industrielles et des inventions (ONRSII) à Bellevue, Meudon, en juin 1928. Pesant trois tonnes, elle est soulevée par la tête avec le crochet du pont roulant. Avant de la détacher, les réglages pour faire coïncider les axes des noyaux et des cônes de bronze des carcasses sont effectués. Ces opérations sont exécutées en présence du président de l'Office, M…

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Demi-bobine du grand électroaimant extraite de sa charpente de transport, sur le site de l'Office na
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Expériences de spectroscopie à l'aide du grand électroaimant, menées sur le site de l'Office national des recherches scientifiques et industrielles et des inventions (ONRSII) à Bellevue, Meudon, le 19 septembre 1931. Elles se concentrent sur le spectre de l'oxygène pur, le spectre des arcs à haute intensité et le spectre d'absorption de l'iode deux fois ionisé.

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Expériences de spectroscopie à l'aide du grand électroaimant, menées sur le site de l'ONRSII

CNRS Images,

Nous mettons en images les recherches scientifiques pour contribuer à une meilleure compréhension du monde, éveiller la curiosité et susciter l'émerveillement de tous.