Les trains à sustentation magnétique sont-ils déjà obsolètes ?

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Le train et de chemin de fer constituent une aventure scientifique et technique extraordinaire, qui commence dès le début de la révolution industrielle et ne cessera d’en être l’un des moteurs essentiels.

C’est en effet seulement 35 ans après que James Watt eut breveté sa première machine à vapeur, en 1769, que l’inventeur britannique Richard Trevithick fit la démonstration, le 21 février 1804, de la première locomotive à vapeur, qui transportait alors dix wagons à une allure encore modeste de 8 km/h. Il fallut cependant attendre 1812 que l’ingénieur britannique John Blenkinsop conçoive et réalise, entre Middleton Colliery et Leeds, la première locomotive et le premier système de transport sur rail suffisamment fiables pour permettre une utilisation commerciale.

L’intérêt économique mais aussi politique et militaire de ce « système technique » associant trains et voies ferrés fut perçu dès le début du XIXe siècle : en 1814, l’ingénieur en chef des mines Pierre Michel Moisson-Desroches adressa à Napoléon un mémoire intitulé : « Sur la possibilité d’abréger les distances en sillonnant l’Empire de sept grandes voies ferrées ». Ce mémoire imaginait déjà un réseau ferré en étoile, composé de sept branches, dont le centre était évidemment Paris. Ce mémoire visionnaire sera d’ailleurs repris dans son esprit, par la grande loi du 15 février 1838 qui décida la construction de nos grandes lignes de chemins de fer par l’État (à l’époque, la monarchie de Louis XVIII). Mais dès 1821, le gouvernement français reçoit une demande de concession pour la construction d’une ligne de chemin de fer de Saint-Étienne à Andrézieux.

C’est cependant en Grande-Bretagne que George Stephenson crée, le 27 septembre 1825, la première ligne ferroviaire ouverte au public et à usage commercial. Elle relie Stokton-on-Tees à Darlington. Baptisée « Locomotion », cette première locomotive destinée au transport de voyageurs était conduite par Stephenson lui-même et utilisait une machine à deux essieux-moteurs reliés entre eux par des bielles. Elle atteignait 30 km/h sur le plat et 40 km/h dans les descentes, une vitesse fabuleuse pour l’époque ! En 1827, Le français Marc Seguin fut à l’origine d’une autre innovation en inventant le procédé de la chaudière tubulaire qui eut pour effet de décupler la surface de chauffe en faisant passer dans des tubes l’air brûlant issu du foyer ce qui produit une énorme quantité de vapeur. Le 1er janvier 1828 fut inaugurée la ligne Saint-Étienne – Andrézieux, longue de 18 km et vouée au transport du charbon vers les voies d’eau les plus proches, Loire et Rhône.

Sur le plan technique, les innovations et améliorations se succèdent et se cumulent à vive allure : dès 1837, le chimiste écossais Robert Davidson fait rouler la première locomotive électrique entre Edimbourg et Glasgow en Écosse. La même année, la reine Marie-Amélie de Bourbon-Sicile, épouse de Louis-Philippe 1er, inaugure officiellement la première ligne de chemin de fer au départ de Paris construite spécifiquement pour le transport de voyageurs.

La locomotive à vapeur, incarnation emblématique du progrès technologique deviendra le véritable symbole de la révolution industrielle conquérante jusqu’à la première guerre mondiale. En 1938, une fabuleuse locomotive à vapeur, la Pacific 4468 Mallard, représentant la quintessence de cette technologie, établit en Grande-Bretagne le record du monde de vitesse ferroviaire en traction vapeur à 202,7 km/h ! Mais à la veille de la seconde guerre mondiale, si la traction vapeur reste très présente dans les transports ferroviaires, sa technologie appartient déjà au passé car la « fée électricité », arrivée à la fin du XIXe siècle, est en train de bouleverser le monde et s’imposer progressivement sur le rail.

En 1881 à Paris, Werner von Siemens fait la démonstration d’une alimentation par ligne de contact aérienne. La même année, le premier tramway électrique est mis en service à Lichterfelde. Les véhicules animés par des moteurs d’une puissance de 4 kW étaient alimentés en 180 V par les rails. En 1883, le tramway entre Mödling et Hinterbrühl près de Vienne en Autriche est le premier service régulier sous caténaire.

En 1891, le courant alternatif est utilisé pour la première fois par l’ingénieur Charles Brown, qui relie Lauffen am Neckar à Frankfurt am Main (280 km) en utilisant un moteur triphasé. En 1899, le Burgdorf-Thun-Bahn devient le premier chemin de fer électrifié d’Europe, en triphasé 750 V 40 Hz.

Dès le début du XXe siècle, la traction électrique affirme sa supériorité en matière de vitesse et en 1903, une automotrice Siemens alimentée en triphasé atteint les 213 km/h en Allemagne. A partir de 1950, la traction électrique s’impose en Europe sur toutes les grandes lignes et permet une réduction sensible des temps de parcours. En 1955, deux motrices électriques françaises de la SNCF battent le record de vitesse sur rail (331 km/h) sur une ligne droite et plate des Landes.

Quant au réseau mondial de voies ferrées, suivant le progrès technologique et nourrissant l’expansion industrielle économique, il se développe d’une manière quasi exponentielle au cours de la deuxième moitié du XIXe siècle, passant de moins de 40 000 km en 1850 à plus d’un million de kilomètres à la veille de la première guerre mondiale ! En France par exemple, le réseau ferré passe, au cours de la même période de 3 000 à 50 000 km… En 1914, il ne faut plus que 10h25 pour se rendre de Paris à Marseille en train, alors qu’il fallait encore plus de 70 heures pour effectuer le même voyage en diligence, en 1853, quatre ans avant l’ouverture de la ligne de chemin fer Paris-Lyon-Marseille. Tandis que la durée moyenne des  trajets entre les grandes villes françaises n’avait été réduite de moitié – au mieux – entre l’époque des voies romaines et le début du XIXe siècle, cette durée fut divisée par 10 en moins d’un demi-siècle, de 1850 à 1900, ce qui provoqua l’émergence d’une nouvelle géographie économique et politique qui ne fut sans doute pas étrangère à l’effondrement concomitant des trois empires européens, l’empire allemand, l’empire austro-hongrois et l’empire russe.

Mais en dépit de ces progrès considérables, le trajet Paris Marseille demandait encore en 1900 12 heures 18, dans le meilleur des cas et il fallut attendre l’électrification complète de la ligne Lyon-Marseille en juin 1962, pour que le fameux « Mistral » réduise significativement ce temps de trajet en accomplissant ce voyage en seulement 7 heures 10. Sous l’impulsion du Général De Gaulle, qui voulait que la France se hisse à la pointe de la technologie mondiale dans les domaines stratégiques comme celui du transport ferroviaire et aérien, la SNCF créa dès 1966 un service interne de recherche spécialement dédié à la mise au point de trains à très grande vitesse. Grâce à cette impulsion décisive, des projets très novateurs pour l’époque, comme le turbo train et bien sûr l’aérotrain furent expérimentés et parfois développés à grande échelle au cours de la deuxième moitié des années 60.

C’est finalement en 1974 que Georges Pompidou décida, à l’issue d’un conseil interministériel, le lancement du projet de train à grande vitesse, dont les essais avaient commencé dès 1972 et qui devait initialement utiliser la turbine à gaz comme mode de propulsion. Grâce à ce volontarisme politique très affirmé, notre Pays put inaugurer, fin 1983, dans son intégralité, sa première ligne à grande vitesse qui mettait Lyon à seulement deux heures de Paris ! La France devenait alors le second pays au monde à disposer de lignes commerciales à très grande vitesse, après le Japon qui s’était doté de son propre TGV, le Shinkansen, en 1964. En avril 2007, le TGV entra dans la légende en atteignant la vitesse record sur rail de 574,8 km/h -la moitié la vitesse du son- lors de l’opération V 150.

Un record de vitesse moyenne sur une longue distance fut également battu par la SNCF lors de l’opération sardine, le 26 mai 2001, durant laquelle un TGV réussit à parcourir les 1 067 km séparant Calais de Marseille en seulement 3h29, à la vitesse moyenne de 306,37 km/h. Au cours des deux dernières décennies du XXe siècle, le TGV bénéficia de plusieurs avancées technologiques (passage du moteur à courant continu au moteur synchrone, puis asynchrone et enfin synchrone à aimants permanents) qui lui permirent d’améliorer sans cesse son rapport masse/puissance disponible qui atteint 1,17 kW/kg pour la dernière génération. Ses performances sans cesse améliorées ont permis au TGV d’augmenter sa vitesse maximale qui atteint à présent 320 km/heure en utilisation commerciale. Il semble cependant difficile, maintenant, de pouvoir obtenir de nouveaux gains significatifs de vitesse en matière de transport sur rail, sans ruptures technologiques majeures.

C’est là qu’intervient le train, à sustentation magnétique, un mode de propulsion révolutionnaire dont l’innovation principale tient au fait que les wagons ne sont plus en contact direct avec les rails mais « flottent » sur un puissant champ magnétique généré par la voie elle-même. Sans entrer dans les détails techniques, il existe deux grands types de technologie pour ce mode de propulsion : la sustentation électrodynamique (EPS) et la sustentation électromagnétique (EMS). Le Japon, pays le plus avancé dans ce domaine, a choisi l’EPS pour son Maglev qui vient de battre le record de vitesse sur rail en dépassant le 21 avril dernier les 600 km/h. L’autre technologie, l’EMS, est celle choisie par les Allemands, avec leur « Transrapid » à sustentation magnétique qui fut le premier train au monde de ce genre à transporter des passagers en 1979 à l’occasion de l’exposition de Hambourg.

S’agissant du record de vitesse que viennent de réaliser les Japonais, il faut préciser que le Maglev nippon a atteint la vitesse phénoménale de 603 km/h pendant 10,8 secondes en empruntant une voie spéciale de 42,8 kilomètres à Yamanashi (centre du Japon). Une telle vitesse équivaut à plus de 10 km par minute ou encore 170 mètres par seconde. Ce record mondial a permis de confirmer les performances et les qualités de stabilité de ce train hors du commun qui devrait permettre, à l’horizon 2045, de rallier Tokyo à Osaka (507 km) en un peu plus d’une heure, au lieu de 3h40 aujourd’hui. Quant au coût global de ce projet, il représenterait, selon la compagnie Central Japan Railway, qui compte le financer entièrement sur ses fonds propres, 70 milliards d’euros. Cet investissement est certes considérable mais il n’est pas plus élevé, ramené au km, que celui nécessaire au TGV classique actuel (de l’ordre de vingt millions d’euros du km).

Les Allemands ayant abandonné pour des raisons financières tous leurs grands projets de liaison longue distance avec leur Transrapid magnétique, le projet de Maglev japonais reste à ce jour le seul projet sérieux du genre à un horizon prévisible. Mais verra-t-on un jour rouler, ou plutôt glisser un Maglev européen ? Peut-être, mais certainement pas avant une bonne trentaine d’années, et cela pour une raison qui tient à la fois à l’économie et à la géographie. En effet, pour que le gain de temps soit substantiel par rapport à la meilleure technologie TGV d’aujourd’hui et que son exploitation commerciale soit rentable, un Maglev européen n’est envisageable, compte tenu du coût de réalisation des infrastructures, que pour relier entre elles les capitales et les grandes mégapoles européennes. En outre, compte tenu des investissements publics considérables déjà effectués pour déployer un réseau à grande vitesse européen « classique », ce n’est donc pas demain que l’on pourra emprunter un Maglev pour se rendre de Londres à Madrid ou de Paris à Moscou… Mais l’imagination des scientifiques et les ingénieurs étant par nature sans limite, ce Maglev, avant même d’être commercialement disponible, a déjà pris un sérieux coup de vieux avec l’annonce récente de deux autres systèmes de propulsion ultrarapides, dont on peut d’ailleurs se demander si on doit encore les qualifier de « train ».

Le premier a été présenté il y a un an par des chercheurs de l’Université de Chengdu, en Chine, dirigés par le professeur Deng Zigang. Ce projet, pour le moins futuriste, est un « super-Maglev » qui imagine un train magnétique comme celui des Japonais, mais qui circulerait dans un tube où la pression de l’air serait 10 fois inférieure à la pression atmosphérique au niveau de la mer. Il serait ainsi possible d’atteindre la vitesse fabuleuse de 2 900 km/heure, c’est-à-dire presque cinq fois la vitesse-record qui vient d’être atteinte par le Maglev nippon… (Voir China Daily)

Le second projet, à peine moins futuriste que le premier, a été présenté récemment par Elon Musk, le charismatique patron de Tesla : il s’agit d’Hyperloop (Voir Scribd). Elon Musk estime que les trains à grande vitesse sont trop onéreux et qu’ils ne vont pas suffisamment vite. Il propose donc, étude technique à l’appui, cet étonnant système de transport futuriste, baptisé Hyperloop. Celui-ci se veut plus réaliste, moins complexe, plus fiable et surtout beaucoup moins coûteux que le Super-Maglev chinois. Conçu pour des distances n’excédant pas 1500 kilomètres, ce mode révolutionnaire de transport se compose d’un double tube surélevé dans lequel se déplacent des capsules, dont chacune peut emmener 28 passagers.

L’intérieur du tube est sous basse pression, ce qui limite la résistance à l’air et les capsules se déplacent sur un coussin d’air généré à travers de multiples ouvertures sur la base de celles-ci, ce qui permet également de réduire les frottements. La propulsion de ces capsules est assurée par un puissant champ magnétique généré par des moteurs à induction linéaire distribuée à intervalles réguliers le long de ces tubes. Hyperloop se donne pour but de transporter des passagers du centre de Los Angeles au centre de San Francisco (550 km) en 30 minutes, soit une vitesse moyenne de 1 102 km/h, supérieure à celle d’un avion de ligne, qui met un peu plus de 35 minutes pour accomplir aujourd’hui ce même trajet.

Elon Musk affirme, en invoquant de solides arguments techniques et économiques, que l’Hyperloop coûtera au maximum 7,5 milliards de dollars dans sa version complète, c’est-à-dire permettant de transporter des voyageurs et du fret. Il souligne que cet investissement serait 10 fois moins lourd que celui de l’actuel projet de train à grande vitesse entre San Francisco Los Angeles, estimé à au moins 70 milliards de dollars.

Le tube d’Hyperloop serait réalisé sur des pylônes au-dessus du sol et non sous terre, afin de réduire sensiblement les coûts de construction. Hyperloop pourrait ainsi suivre le tracé de la principale autoroute de Californie reliant San Francisco à Los Angeles. Ce système futuriste sera autoalimenté en énergie, grâce à des panneaux solaires et l’énergie requise pourrait être stockée sous la forme d’air comprimé qu’on ferait circuler au travers d’un ventilateur électrique pour générer de l’énergie utilisable, comme le permet déjà la technologie LightSail. Au final, ce système Hyperloop permettrait, selon ses concepteurs, de transporter 840 passagers par heure entre les deux grandes mégapoles californiennes. Pour s’assurer définitivement de la faisabilité de ce projet, une première version d’Hyperloop (dans laquelle les capsules ne se déplaceront qu’à 320 km/h) doit être réalisée sur 8 km de long, en Californie, en 2016.

On le voit, le train, inventé il y a pourtant plus de deux siècles, reste plus que jamais un extraordinaire et irremplaçable mode de transport, tant pour le fret que pour les passagers et cela pour au moins quatre raisons. En premier lieu, le train reste de loin le moyen le plus économique de déplacement rapide. Deuxièmement, le train est plus performant, en terme d’efficacité énergétique par passager transporté, que n’importe quel autre moyen de transport. Troisièmement, le train permet de relier entre eux le cœur des grandes métropoles, ce que jamais l’avion ne parviendra à faire tant qu’il ne se posera pas comme un hélicoptère. Enfin, l’impact global sur l’environnement (émissions de polluants, de CO2 mais également nuisances sonores) d’un train à très grande vitesse de type Maglev, capable de rivaliser avec l’avion jusqu’à des distances de 2000 km, est sensiblement plus faible que celui du transport aérien.

Alors que l’Europe est à la recherche de grands investissements stratégiques qui pourraient à la fois relancer sa croissance, booster sa capacité d’innovation et améliorer la qualité de vie de ses habitants, pourquoi ne pas imaginer dès à présent la réalisation d’un « Euro-Maglev » qui préparerai l’après TGV et relierait entre elles, à l’horizon 2040, toutes les mégapoles européennes en moins d’une demi-journée ?

Souhaitons que notre Pays, qui a toujours été à l’avant-garde de la technologie mondiale en matière de chemins de fer et vient encore de se voir décerner il y a quelques jours la troisième place du classement européen (derrière la Suisse et la Suède) pour l’efficacité et la qualité de son réseau ferroviaire (Classement du Boston Consulting Group), prenne l’initiative de lancer ce projet visionnaire et ose ainsi ouvrir les voies du futur !

 
Initialement publié sur RTflash, cet article est reproduit sur Gizmodo.fr avec l’aimable autorisation de René TRÉGOUËT, Sénateur Honoraire et fondateur du Groupe de Prospective du Sénat de la République Française.

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Dernières Questions sur UberGizmo Help
  1. L’article est super long quand même pour en arriver au sujet présenté dans le titre…

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    1. C’est pas facile de lire un article de fond hein, lorsqu’on ne se contente de lire que les brouillons servis par milliers sur le net…

    2. Oui et c’est tout l’intérêt des articles de René. Ils sont riches, longs, précis, on a un historique complet, on apprend des choses, ça ouvre l’esprit, c’est plutôt cool non ?

  2. Article très bien écrit et documenté mais les lecteurs web ne sont plus habitués à de longs textes et le risque de lecture en diagonale est donc grand. Je pense que la moitié moins long serait un bon format .

  3. c’est une bonne question. A quoi bon investir des dizaines de milliards d’euros pour faire un gain de 30 ou 40% alors que ces hypertrains pourraient permettre de se déplacer plus vite qu’un avion.

    Même si le projet est moins médiatisé que celui d’Elon Musk, on peut également évoquer les travaux helvètes sur le Swiss Metro http://fr.wikipedia.org/wiki/Swissmetro

  4. Peut être que je n’ai pas bien compris la formulation dans le premier paragraphe :
    « 15 février 1838 qui décida la construction de nos grandes lignes de chemins de fer par l’État (à l’époque, la monarchie de Louis XVIII) »
    1838 correspond au règne de Louis Philippe d’Orleans et Louix XVIII ne régnait plus depuis longtemps.

    Sinon article très intéressant

        1. Je raconte des bêtises : la demande a surement été antérieure à la Loi qui a a fait droit.

  5. Comme toujours René tes articles sont très bien mais beaucoup trop long !
    La plupart des gens ne vont pas le lire à cause de ça, savoir résumer et aller à l’essentiel ce n’est hélas pas une option..!

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    1. Vos commentaires d’instit lisant une rédaction de CP, vous pouvez vous les garder.
      Un véritable auteur, c’est aussi quelqu’un qui sait se désintéresser de la demande majoritaire pour écrire ce que LUI A ENVIE D’ÉCRIRE.

    2. Aucun article n’est trop long pour celui qui s’intéresse aux fond des choses. Encore moins quand il est aussi rare que ceux de René.
      Alors, si ça t’amuse, tu nous ponds ton « résumé perso » si ça te chante, et tu laisses ceux qui apportent de la matière première de qualité s’exprimer.
      (Question : T’es abonné aux livres condensés Selection du Reader’s digest aussi ?)

    3. A la limite, il faudrait les deux, Résumé au dessus et détail en dessous, comme ça tout le monde serait content mais t’imagine le travail ? :o( pas faisable

    4. Courage !!! Un jour, tu réussiras à lire un tweet en entier Bob.

      Comme souvent, un article très complet de René. C’est toujours un plaisir de vous lire.

  6. O_o Pavé César ceux qui t’ont lu te saluent!

    Avec quelques illustrations (photos/vidéos) l’article aurait peut-être été plus digeste. En tout cas voilà qui élève un peu plus le niveau du site merci René pour ce super article!

  7. Je me suis régalé à cette lecture : super topo (historique, état de l’art) avec de véritables conclusions.
    Je vais tout de même en profiter (sic) pour replacer mon délire préféré en matière de transport à propulsion magnétique dans un tube : mon système de lancement spatial économique, haute fréquence, basé sur une voie accélératrice d’environ 10 km (avec une sortie à mach 5, éventuellement précédée par un projectile réduisant la friction de l’air) construite à flanc de Kilimandjaro (cf. par exemple mon commentaire ici : http://www.gizmodo.fr/2014/03/04/etude-ascenseurs-spatiaux.html).
    L’idée est de réduire la taille du premier étage (plus de boosters) et de rendre le lancement plus sûr en supprimant l’allumage moteur sur pas de tir (on allumerait en vol).

  8. Super article, très intéressant. J’aurais pu encore en lire des pages et des pages.

    Juste une petite précision : on dit ligne aérienne de contact ou LAC, dans l’article il est écrit ligne de contact aérienne.

  9. Très intéressant, bien découpé et imagé pour que la lecture à priori rébarbative se révèle finalement agréable.
    Une ou deux images des différents projets (passés et futurs) auraient agrémenté l’ensemble efficacement serait ma seule remarque profane.

  10. « Le train et de chemin de fer constituent une aventure scientifique » ??
    « Souhaitons que notre Pays » ??? Pourquoi une majuscule à « Pays » ?

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