Maglev

1) Introduction

Maglev_japonais-2-300x150.jpg
Source : iletaitungeek.com

   Le Maglev de l’anglais « Magnetic Levitation » est un train monorail à sustentation magnétique. Ce train est basé sur le principe physique de la supraconductivité. Il permet le transport de personnes ou de marchandises à haute vitesse en lévitant à 10cm au-dessus du sol. Il a d’ailleurs battu le record de vitesse établi pour un train de transport de passager le 21 avril 2015 avec une vitesse de pointe à 603 Km /h pendant 10,8 secondes, lors de la traversée d’un tunnel. Un train est actuellement en test sur une ligne expérimentale au Japon. Dans ce même pays, une ligne de 286 Km de long va être construite permettant de relier Tokyo à Nagoya. Ce n’est que le début, les japonais, les allemands et les chinois s’intéressent de très près à cette technologie et essaient de la développer. La supraconductivité et le transport ferroviaire  n’en sont encore qu’à leurs débuts et de nombreux  records de vitesse sont à prévoir. Bien entendu beaucoup d’autres projets sont en bonne voie pour être financés, notamment en Allemagne, en Suisse et particulièrement en Inde, pays en voie de développement. En effet, les besoins en transport de sa population toujours plus importante et la nécessité de rajeunir ses moyens de locomotion en font un enjeu vital pour ce pays.

2) Le fonctionnement du Maglev

           Le Maglev japonais, pour avancer et léviter, possède quatre aimants supraconducteurs par wagon. Ces aimants supraconducteurs sont traversés par un courant permanent de l’ordre de 700 000 ampères et vont créer un champ magnétique de l’ordre de 5 Tesla. Ce sont des champs plus fort que ceux utilisés par les IRM. On utilise les supraconducteurs car des électro-aimants normaux ne pourraient créer un champ magnétique aussi fort sans une quantité très élevée de courant. Les bobines supraconductrices (électro-aimants) sont refroidis à seulement quelques Kelvins grâce à de l’hélium liquide. Il y a deux types de rails : les rails de lévitation qui ont pour but, comme leur nom l’indique, de faire léviter le train et les bobines de propulsion, faites pour faire avancer (propulser) le train.

A. La lévitation

         Le Maglev japonais ne pourrait avancer sans léviter. C’est pourquoi il y a des rails de lévitation. Ces rails ne sont reliés à aucun réseau électrique et sont constitués de métal. Ils vont recevoir les champs magnétiques crées par les électro-aimants du train. Ces champs magnétiques vont permettre de créer des courants induits dans les rails en « 8 » qui vont eux même permettre aux rails de créer leur champ magnétique. Les rails sont en forme de 8 car ils ont été spécialement créés pour que le champ magnétique du rail de lévitation exerce une force de lévitation sur les bobines supraconductrices et leur polarité. Selon les documents suivants:

schéma lévitation
schéma de Hugo LE COZANNET

Sur ces documents on observe que les rails arrivent à avoir une polarité grâce à leur forme et propriétés spécifiques. Ces polarités sont faites de sorte que le bas du « 8 » repousse la bobine et que le haut l’attire. C’est de cette façon que le train lévite

Maglev de face shéma
Schéma de Hugo LE COZANNET

B. Le principe de propulsion

      Ce train qui est le plus rapide du monde fonctionne selon un système assez simple.

   Il possède un deuxième type de rail qui lui est alimenté électriquement. Son fonctionnement est simple : le courant dans les rails va créer un champ magnétique attirant l’électroaimant du train  ou le repoussant en fonction de la polarité des aimants du rail. Il suffit d’augmenter l’intensité avant ou après le passage  l’électro-aimant afin que le champs magnétique du rail soit plus puissant. Cela permet que l’aimant en amont du train l’attire plus et que celui d’après le repousse plus fortement permettant d’accélérer le train. Cela fonctionne selon le schéma suivant:

Schéma maglev de haut
Schéma de Hugo LE COZANNET

C. Le principe de freinage

    Pour freiner il suffit d’inverser la polarité des aimants du rail en inversant les courants. Ce qui va permettre la répulsion à l’avant et l’attraction à l’arrière, permettant ainsi de freiner. De plus, pour éviter de consommer de l’énergie, le Maglev japonais possède aussi des aéro-freins, ces derniers sont des plaques métalliques faisant résistance à l’air permettant donc de freiner.

D. Les courants induits

    Les courants induits ont été explorés dans le principe de lévitation du Maglev. Ce sont des courants provoqués par un champ magnétique. Un courant n’est induit que lorsque le conducteur qui produit le champs magnétique (ici les électro-aimants du train) est en mouvement, c’est pourquoi le Maglev ne peut pas léviter avant d’être à une vitesse suffisante (100 km.h-1). Jusqu’à atteindre cette vitesse, le train a des roues. Le courant dans les rails de lévitation est donc dû au variation du champs magnétique de l’électro-aimant.

3) L’exploitation

    Le train japonais a beaucoup fait parler de lui lorsqu’il a battu le record mondial de vitesse sur rail. Le précédent record était détenu par un TGV français, avec une vitesse de 574,8 km.h-1.

chuo-shinkansen-trajet-ligne-maglev.jpg

Source : businesstravel.fr

    Lorsque le train sera ouvert à l’exploitation commerciale en 2027 sur la ligne Tokyo-Nagoya, il roulera à une vitesse moyenne de 500km.h-1 contre 300 km.h-1 en moyenne pour le TGV. Le trajet prendra quarante minutes. La compagnie Central Japan Railways s’engage à financer elle-même ce premier tronçon, un investissement estimé à 42,5 milliards d’euros. Cette ligne sera ensuite prolongée de 153 km jusqu’à Osaka et entrera en exploitation en 2045. Cela permettra de relier les 2 villes en 1h07mn  contre plus de 2h actuellement.  Le coût total du projet est estimé à 70 milliards d’euros.

    Ces trois villes sont des pôles économiques majeurs au Japon. Qu’elles soient plus rapidement accessibles les unes des autres pourrait permettre d’importants bénéfices économiques, c’est en tout cas ce qu’espère les politiques et businessmen japonais. Cependant, ce train pourrait accélérer le phénomène de centralisation des activités économiques à Tokyo.

    Le Maglev est très silencieux, sa pollution sonore est quasiment nulle, bien inférieure aux trains actuels et bien évidemment aux avions. Il consomme aussi moins d’énergie : 47 watts par personne et par kilomètre contre 83 pour le TGV à vitesse égale. Cette consommation inférieure d’énergie s’explique par l’absence de contact avec le rail, ce qui induit moins de frottement et ainsi moins de perte d’énergie. De plus, les rails ne sont électrifiés qu’au moment  du passage du train, contrairement au TGV, cela permet une économie d’énergie. Ce train consomme 11 fois moins d’énergie par kilomètres et par passager qu’une voiture (540 watt avec 1 passager) et 7 fois moins qu’un avion (360 watt), tout en transportant beaucoup plus de personnes.  Ainsi, son fonctionnement présente des avantages en termes d’environnement.

diagramme
Graphique de Elise RETAILLEAU

 

    Comme le train n’est pas en contact avec ses rails, la détérioration mécanique est très faible. Les coûts d’entretien sont donc moins importants que pour le TGV. Un avantage économique qui peut contrebalancer le prix élevé d’une telle technologie.

    Le Maglev fait la fierté des japonais, car il s’agit d’une technologie de pointe qui n’existe pour l’instant que dans ce pays. Pour certains, il s’agit tout simplement du mode de déplacement incontournable du futur.

     Néanmoins,  le Maglev ne comporte pas que des avantages et des voix s’élèvent pour remettre en question ce projet :

    Au niveau environnemental, la compagnie Central Japan Railways projette de faire passer la nouvelle voie Japon-Nagoya en majorité par des tunnels sous les montagnes. Construire ces tunnels entrainera une importante quantité de terre et de déchets industriels (60 millions de mètres cubes) dont il faudra se débarrasser. L’entreprise a cependant développé des plans pour sécuriser les sites de stockage et empêcher de trop grands dommages sur l’environnement. En effet, les paysages et les ressources de cette partie du Japon pourraient être endommagés par ces nouveaux tunnels. La construction de la ligne n’est donc pas sans danger pour l’environnement.

    On peut se poser la question de l’utilité d’obtenir une telle vitesse pour les populations. En effet, les trains actuels vont déjà assez vite et les avions encore plus. « Aller chercher la course à la vitesse dans l’état actuel des choses ne me semble pas raisonnable », explique Bruno Marguet, vice-président stratégie d’Alstom Transport sur la grande vitesse surtout en période de crise. Les coûts sont 10 fois plus élevés que pour le TGV.

    En conclusion, le nouveau train Maglev possède des avantages et des inconvénients. Peut-être qu’il faut simplement attendre son ouverture à l’exploitation commerciale en 2027 pour juger si il s’agit effectivement du mode de transport de futur tout en sachant que sa technologie peut encore s’améliorer d’ici là. Les prix du billet pour un voyage Tokyo-Nagoya ne sont pas encore disponibles, il s’agit d’un enjeu important pour savoir si ce train sera accessible par tous ou une minorité, si le train respecte bien le pilier social du développement durable.

 

 

 

 

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