Le train à sustentation magnétique, un transport original

1) Un développement centenaire

L’idée de faire voler un train ne date pas d’hier .En effet il y a un siècle, en 1914 Emile Bachelet créa une maquette d’un train lévitant à l’aide d’aimants. Pour aboutir à cela Emile Bachelet a travaillé plusieurs années sur le l’utilisation du magnétisme à but thérapeutique Mais personne ne crut à son projet. Il fût donc abandonné au profit du développement des trains électriques. Malgré cela, son idée sera concrétisée par un Allemand, Hermann Kemper. En effet, en 1934 il dépose un brevet sur le train à sustentation magnétique. Malheureusement les recherches et développements furent abandonnés à cause de la Seconde Guerre mondiale (en effet Hermann Kemper fut affecté au centre de recherche d’aviation de Göttingen).

Ce n’est qu’en 1962 que les recherches reprennent au Japon à l’Institut de recherche ferroviaire. Le premier prototype japonais fut construit en 1972, le ML100. En Allemagne de l’Ouest les recherches ne reprennent qu’à partir de 1970 chez MBB (Messerschmidt-bölkow-Blohm). En 1971 Siemens devient ensuite le leader des recherches en Allemagne de l’Ouest et présente à Erlangen le prototype EET-1 allant jusqu’à 280km /h. Ainsi le train à sustentation ne commence à naître que 57 ans après depuis la maquette de Bachelet.

C’est ensuite en 1979 que le ML500 (4éme version du Maglev) bat le record de vitesse mondiale sur la ligne de test de Miyazaki (vitesse supérieur au TGV à cette époque).Ce record prouve ainsi la supériorité technique du Maglev sur le Transrapid. Cependant le record du ML500 s’est établi sans aucun personnel à bord. C’est donc la même année que le premier voyage sur train à sustentation magnétique au monde s’établit à Hambourg dans un Transrapid-05.

S’en suit dès 1983 la première utilisation commerciale du train à sustentation magnétique au monde à Berlin. Puis en 2003, à Shanghai, la première ligne d’un Transrapid est inaugurée en Chine entre Longyang Road à Shanghai et l’aéroport de Pudong. Le 2 décembre 2003 le Maglev MLX01 bat un nouveau record : 581km/h soit 7km/h que le TGV lors de son test en 2007. Nous pouvons donc affirmer que malgré la supériorité technique du Maglev , le Transrapid a mieux su séduire les possibles investisseurs et a pu se commercialiser plus rapidement dans le monde .

 Malheureusement, le groupe Transrapid va connaître un accident le 22 septembre 2006. Un Transrapid-08 circulant à 200km /h sur la ligne de test de Emsland percute un véhicule d’entretien en faisant 23 morts et 10 blessés graves. Cependant l’erreur a été attribué à l’homme, donc la technologie du Transrapid-0 n’est pas remise en cause. Malgré le fait que la technologie ne soit pas remise en cause, tous les projets d’exploitation du Transrapid en Allemagne furent annulés à la suite de cet accident.

Aujourd’hui et malgré l’accident du 22 septembre 2006, des projets de construction de Transrapid et de Maglev fleurissent dans le monde. En effet, le Transrapid serait développé en Corée entre Séoul et Pusan, au Japon entre Tokyo et Osaka et bien sûr en Chine. Nous trouvons aussi certains projets aux Etats-Unis : entre Las Vegas et Los Angeles ou encore entre Boston et Washington D.C.

Ainsi les nombreux projets de construction dans le monde témoignent de l’intérêt que présente le train à sustentation magnétique. Cela est dû principalement à l’importance des recherches qui a permis le développement d’un train toujours plus compétitif.

2) Transport compétitif

Le train à sustentation magnétique présente de très nombreux avantages qui découlent du long développement de ce transport. Ainsi le train à sustentation magnétique présente une certaine supériorité technique sur les trains qui nous sont plus communs tel que le ICE ou encore le TGV .

Avantages :

1. Confort :

•  lors du trajet, le train n'étant pas en contact avec le sol, les voyageurs ne subissent que peu de vibrations.
• l’absence de moteur permet un gain de place dans chaque wagon qui est souvent mis à profit de l'espace attribué aux passagers.
• L’absence de frottement pendant la majorité du trajet permet de limiter fortement les nuisances sonores. En effet, un Transrapid ou un Maglev ne produirait que 80 décibels à une vitesse de 300km/h soit l’équivalent du bruit dans un restaurant scolaire moyen.

2.  Sécurité :

• comme nous l’a montré l’accident du 22 septembre 2006, le train à sustentation magnétique a très peu de chance de dérailler.
• La distance de freinage des trains à sustentation magnétique sont très faibles (9 km pour  le Maglev  en partant de 581km/h). Ainsi cette courte distance permet d’éviter plus facilement des accidents.

3.  Lors du trajet :

• Le Transrapid atteint près de 400km/h en vitesse de croisière et le Maglev devrait frôler les  500km/h tandis que le TGV ne dépasse pas les 300km/h.

• Les trains à sustentation magnétique peuvent atteindre leur vitesse maximale respective tout le long du trajet alors que les TGV et ICE ne peuvent atteindre leur vitesse maximale que sur certains tronçons conçus pour eux. 

• L’accélération des trains à sustentation magnétique est bien supérieure au train classique. En effet, le graphique ci-dessous nous montre la distance que les différents trains doivent parcourir pour pouvoir atteindre une certaine vitesse. Nous remarquons que le Maglev n’a besoin de parcourir que 8.8 km pour atteindre la vitesse de 581km/h tandis que le TGV doit parcourir près de 19 km pour atteindre 320km/h.  De même tandis que l’ICE a besoin de 30 km, pour atteindre 300km/h le Transrapid n’a besoin que de 5 km.

•  Dans des régions pentues, les trains à sustentation magnétique peuvent tirer l’avantage de leur légèreté. En effet, l'ICE, qui est assez lourd, est conçu pour franchir des pentes  inférieures à 4° d’où le besoin de creuser des « tranchées ». A l’inverse, le Transrapid ou le Maglev sont capables de franchir des pentes allant jusqu’à 10°.

4.  Entretien :

• L’absence de frottement pendant la majorité du trajet permet de ne pas user les voies d’où une économie dans le budget de la maintenance des voies.
• Malgré le contact avec la voie lors des départs l’utilisation de patins chez le Transrapid et de pneu chez le Maglev permet de minimiser l’usure des voies.
• La présence de pneus plutôt que des roues permet une économie d’argent et de temps dans le remplacement des roues et de leur entretien.
  

5.  Ecologie :

• En émission de gaz à effet de serre, le Transrapid a ici un grand avantage : pour la même vitesse que l’ICE, le Transrapid émet 7g de CO2 par personne en moins que l’ICE.
• La consommation en équivalent essence est aussi très faible chez le Transrapid. En effet pour une vitesse de 400km/h sur un trajet de 300km avec 3 arrêts, nous évaluerons la consommation en essence à 2.2l/100Km.
• Avec une consommation moyenne de 34 Wh/personne/km, le Transrapid montre que le train à sustentation magnétique est peu consommateur en énergie. En comparaison, l’ICE consomme près de 51 Wh/personne/kilomètre

6. La motorisation linéaire:

• Meilleur transmission : on observe une action directe entre inducteur et induit, il n’y a pas d’engrenages entre les deux. Il n’y a donc pas de perte d’énergie dû aux frottements entre les engrenages. En effet en prenant 1 pour une perte d'énergie nulle l'ICE est à 0.9 tandis que le train à sustentation magnétique est à 1
• Il n’y a pas de perte d’adhérence, donc ni usure ni perte d’énergie à ce niveau.
• Les roues font moins de bruits que les trains à moteur rotatif lorsque le train ne lévite pas.

Désavantages : 

1. Prix construction et entretien

• Tout d’abord se pose un problème principal qui est celui du coût du train. Le coût élevé est dû à deux causes : l’incompatibilité avec le réseau ferroviaire et le prix de l’installation composé d’un nombre non négligeable d’électroaimant .En effet ceux–ci se trouvent en ligne continue à l’intérieur de la voie. Par exemple l’aménagement de la ligne entre Shanghai et son aéroport a couté 1.2 milliard d’euros.

• Le prix d’un billet est de huit euros. Un transrapid peut contenir environ 600 personnes. Si celui-ci est plein et qu’il fait 50 aller-retour par jour, il y a donc 2*50*600=60000 passagers par jour et donc maximum 365*60000= 21 900 000 de passagers par an. Il faut donc au minimum 1200000000/21900000*8 = 6 ans pour rentabiliser la fabrication de la ligne, sans compter les coûts d'entretient et le salaire du personnel.

• Le prix de la construction du Maglev est important car il utilise des supraconducteurs faits à partir de métaux rares comme le titane et le niobium. Comme nous l’avons étudié dans la partit 1 sur le principe des aimants ; pour qu’un aimant soit supraconducteur , sa température doit être inférieur à -192,85ºC. On utilise alors de l’azote liquide mais il faut donc équiper le train d’un système de réfrigération très compétent et coûteux.

• La spécificité de la voie qui a une forme particulière et contient des électroaimants, oblige donc la construction d’une nouvelle voie.

2. Utilisation

• Le système est peu adapté au fret lourd .En effet, le transport d'objets lourds nécessiterait une puissance des électroaimants beaucoup plus conséquente. Or le système n’est pas du tout adapté à fournir une telle puissance.

• Pour démarrer un moteur synchrone linéaire un autre moteur nécessite d’être utilisé, ou bien un autre système, car le champ magnétique créé par le stator n’est pas assez puissant pour accrocher le rotor. Des roues sont donc utilisées pour le faire avancer ou au moins supporter le train. Son avantage d’un frottement nul avec le sol n’existe donc qu’à partir d’une certaine vitesse.

3. Santé

• Un champ magnétique puissant, 2.7 tesla, peut être nuisible pour l’homme. En effet il provoque des sensations de vertige, de nausée car le corps possède des cellules contenant du fer , ainsi elles sont perturbées. Les autres effets sur le corps sont encore méconnus.