Les trains à sustentation magnétique

Les trains à sustentation magnétique

Un des moyens de transport les plus modernes est le train à sustentation magnétique, capable de voyager à des vitesses supérieures à 400 km/h.

Technologie

Mots clés

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Scènes

Train à sustentation magnétique

Le train flottant

Le principe de lévitation et de propulsion magnétique a été breveté par l'Allemand Herman Kemper dès 1934. A partir des années 1960, l'Allemagne, le Japon et les Etats Unis ont effectué de nombreuses expériences afin de l'implémenter.

Bien que l'Allemagne dominait le développement du train à sustentation magnétique, son gouvernement décida à la fin des années 1990 d'arrêter la construction d'une voie ferrée, à cause des astronomiques coûts de la recherche. Une commande étrangère acheva l'impasse du train à sustentation magnétique.

A la fin de l'année 1999, l'entreprise Transrapid basée à Berlin se mit d'accord avec le ministère des sciences et des technologie chinois pour implémenter et construire le système. En fonctionnement depuis 2003, les trains sont capables de voyager à des vitesses supérieures à 400 km/h. Leur introduction a signalé le commencement d'une nouvelle ère de l'histoire du transport ferroviaire.

Train magnétique

Vue de dessus

Cabine du conducteur

Voyage rapide - coûts élevés

Le premier train à sustentation magnétique fut lancé par la Chine, entre le quartier des affaires de Shanghai et l'aéroport de Pudong, en 2003. Construit par l'entreprise allemande Transrapid, le train parcourt une distance de 30km en seulement 7 minutes. Le train nécessite une voie totalement isolée. Puisque rien ne peut entraver sa route, des voies fermées ou surélevées doivent être construites. Dans ce dernier cas, des piliers de 5 à 6 mètres de haut supportent la voie électromagnétique. Ainsi, les coûts sont plus élevés que ceux des autres types de trains.
Le nouveau type de train sera capable de surmonter des pentes raides, donc des voies à virages plus serrés pourront être construite, ce qui pourrait faire baisser les coûts de construction. Puisqu'il n'y a pas de friction entre le train et la voie, les trains nécessitent une maintenance plus réduite et ont une durée de vie plus élevée que les trains traditionnels.

Un train à sustentation magnétique sur sa voie, près de Shanghai

Structure

  • voie fermée sur piliers de béton
  • cabine de pilotage
  • «jupe portefeuille»
  • cabine
  • portes pour voyageurs
  • émetteur

Lévitation

  • électro-aimant
  • rail en acier
  • pilier en béton

Structure et fonctionnement

Les trains conventionnels ont une consommation élevée en énergie pour réduire la friction générée au niveau des roues. La sustentation magnétique élimine cependant la friction, des plus hautes vitesses peuvent être atteintes en utilisant beaucoup moins d'énergie.

Les deux types les plus répandus de trains à sustentation magnétique sont les EDS (suspension électrodynamique), utilisés principalement dans les trains japonais, et EMS (suspension électromagnétique), utilisés principalement dans les trains allemands et chinois.

Le train à sustentation magnétique de Shanghai utilise aussi le système EMS. Dans ce système, la «jupe» sous le train s'étend sous le rail et, grâce à la force d'attraction entre le rail d'acier et les électroaimants placés sur le train, le train commence à léviter. Si la force des aimants n'était pas contrôlée, le train ne s'élèverait pas contre la gravité et resterait sur le pilier de béton, ou s'élèverait trop haut, s'attachant à la surface inférieure du rail.

Par conséquent, le train doit être en état d'équilibre instable entre ces deux extrêmes. Cela est obtenu grâce à un système de capteurs sophistiqué qui surveille la distance entre le train et le rail plus de mille fois par secondes et ajuste le courant électrique qui s'écoule dans les électroaimants. La distance optimale au-dessus et au-dessous du rail est respectivement de 15 mm et 10 mm.

Le système EDS fonctionne cependant d'une manière totalement différente. Il y a des aimants supraconducteurs ou très puissants situés des deux côtés du train. Si le train voyage à plus de 30 km/h, ceux-ci génèrent un courant assez puissant dans les bobines situés sur les côtés de la voie en béton de telle sorte que les bobines se transforment en électroaimants qui repoussent les aimants permanents du train, ce qui le fait léviter.

Progrès

  • aimant permanent
  • électro-aimant

Fonctionnement

Le train peut être accéléré ou ralenti en changeant les pôles des électroaimants avec le bon rythme. Afin d'éviter d'avoir à stocker de grosses batteries dans le train et de lui permettre d'aller plus vite, les bobines utilisées pour l'accélération sont imbriquées dans les côtés du rail de guidage et elles ont une alimentation externe.

Les capteurs envoient des informations à l'ordinateur de contrôle à propos de la position et de la vitesse du train. L'ordinateur change les pôles de l'électroaimant au bon moment, ce qui ralentit ou accélère le train. Les bobines sont organisées en sections le long du rail et chaque section des bobines peut être allumée ou éteinte.

Animation

  • voie fermée sur piliers de béton
  • cabine de pilotage
  • «jupe portefeuille»
  • cabine
  • portes pour voyageurs
  • émetteur
  • électro-aimant
  • rail en acier
  • pilier en béton
  • aimant permanent
  • électro-aimant

Narration

Les trains à suspension magnétique sont maintenus et propulsés sur leurs voies par des champs magnétiques.

Le principe de la lévitation et de la propulsion magnétique a été développé dès 1930, mais ce ne fut pas avant des décennies qu'il fut mis en pratique. Bien que l'Allemagne fût la conceptrice la plus avancée du train à sustentation magnétique, le projet perdit le support du gouvernement et ce fut finalement la Chine qui mis en service la première ligne de ce type en 2003. Le premier train magnétique reliait le quartier des affaires de Shanghai à l'aéroport de Pudong. Le train parcourt une distance de 30km en 7 à 8 minutes, atteignant occasionnellement une vitesse de 430 km/h.
À cause de leur principe de fonctionnement, les trains magnétiques nécessitent des voies séparées et continues. Une option est la construction de voies surélevées, supportées par des piliers hauts de 5 à 6 mètres.
Le principe de la lévitation magnétique se base sur le principe du fonctionnement des moteurs électriques. Il y a différentes façons de mettre en œuvre ce principe dans la pratique. Une de celles-ci est de placer des aimants sur la voie en béton, c’est-à-dire sur le bas du rail de guidage ainsi que sur la partie inférieure des trains, la «jupe».
Dans ce système de moteur linéaire synchrone, le premier sert de stator, le second de rotor. Le courant soulève le train et le propulse vers l'avant.
Les aimants de guidage fixés sur la «jupe», les capteurs intégrés et les ordinateurs de contrôle assurent que les trains ne touchent pas la voie lorsqu'ils sont en mouvement.
Bien que le principe de lévitation magnétique soit simple, il est très cher à mettre en œuvre. Cependant, il est vrai que la nouvelle technologie de trains à sustentation magnétique, avec ses trains rapides et silencieux, sans roues, ni essieux ni support, signale une nouvelle ère de l'histoire du transport ferroviaire.

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