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Train à sustentation magnétique
Un train à sustentation magnétique, aussi appelé Maglev (contraction de magnetic levitation), est un type de train qui utilise des forces magnétiques pour se déplacer. Ces trains flottent à l'aide des forces magnétiques, ce qui retire les frottements des roues sur les rails et permet aux trains d'atteindre des vitesses très élevées.
La recherche sur les trains à sustentation magnétique a commencé en 1922 en Allemagne. Quelques années après la deuxième guerre mondiale, le Japon se lance également dans les recherches sur les maglev, mais c'est en 1979 à Hambourg que le Transrapid 05 fût le premier train à sustentation magnétique au monde à transporter des passagers lors de l'exposition internationale des moyens de transport.
Il n'y a actuellement que quelques trains à sustentation magnétique en activité en Chine, au Japon et en Corée du Sud, le premier à usage commercial ayant été le Transrapid de Shanghai12. Il y a d'autres projets en cours, dont la ligne Shinkansen Chūō au Japon, qui devra relier les villes de Tokyo et Osaka, distantes de 400 km à vol d'oiseau, en seulement une heure, ce qui est environ aussi rapide qu'un vol d'avion entre les deux villes. La ligne est actuellement en construction entre Tokyo et Nagoya34, qui sera le seul arrêt intermédiaire de cette ligne. Il y a également eu plusieurs projets pour des maglev qui ont été abandonnés, notamment en Allemagne et en Suisse.
Le Transrapid 05 à Hambourg en 1979, premier maglev au monde à transporter des passagers.
Le transrapid de Shanghai, premier maglev à usage commercial au monde.
Un des trains de tests de la ligne Shinkansen Chūō, qui détient actuellement le record de vitesse ferroviaire de 603 km/h5.
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Technologie[modifier | modifier le wikicode]
Sustentation électromagnétique[modifier | modifier le wikicode]
Les trains qui utilisent la sustentation électromagnétique flottent et sont propulsés grâce à des électroaimants 
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Le principe est basé sur la répulsion entre deux pôles d'aimants de même nature comme pôles Nord.
En prenant deux aimants sur une table en approchant les deux pôles Nord qui se repoussent, on constate une répulsion qui repousse l'aimant libre qui recule, mais alors, instable, il se retourne brutalement pour avoir son pôle opposé Sud qui se précipite sur le pôle Nord en s'y collant.
Pour cette raison d'aimants qui se retournent cette suspension est très difficile à stabiliser et donc il faut faire comme un équilibriste dans un cirque, stabiliser de façon électronique en contrôlant les aimants..
Le train est construit de façon à envelopper la voie, tel que sur l'image à droite, et les électroaimants sont placés sous la voie afin d'attirer le train vers le haut et le faire flotter6. Les forces magnétiques sont également utilisées pour propulser le train7. Lorsqu'il est à l'arrêt, le train repose directement sur la voie.
La propulsion utilise la même méthode que dans un moteur électrique mais sous forme de moteur linéaire au lieu de rotation.
Le grand avantage de cette approche est que la lévitation fonctionne à toutes les vitesses, donc le train n'a jamais besoin d'utiliser de roues, contrairement aux systèmes utilisant la sustentation électrodynamique. Mais la sustentation électromagnétique a aussi un gros inconvénient, qui est que la stabilisation de la lévitation du train à une hauteur précise est difficile. Or de légers changements de distance entre le train et la voie entrainent une déstabilisation du système. Des systèmes de rétroaction compliqués sont utilisés pour résoudre ce problème en pratique.
Entre autres, tous les trains de type Transrapid utilisent la sustentation électromagnétique.
Sustentation électrodynamique[modifier | modifier le wikicode]
Pour les trains à sustentation électrodynamique, il faut une voie composée de matériaux conducteur et des aimants puissants sous le train.
Principe physique :
On utilise la répulsion par courants de Foucault induits dans un conducteur fixe par la vitesse de changement du champ magnétique des aimants qui se déplacent à la vitesse du train. ces courants s'opposent à la pénétration du champ magnétique dans le conducteur et donc, ces courants induits créent un électro-aimant et comme deux aimants faces Nord qui se repoussent, permettent de supporter le train si la vitesse est suffisante. il n'y a pas d'effet de retournement instable des pôles, car les courants induits de Foucault changent de sens et continuent à repousser, si un retournement commence.
ou par répulsion entre un supraconducteur et un aimant fixe, répulsion stable ( voir photo dans Supraconductivité d'un aimant flottant au dessus d'un supraconducteur à perpétuité avec les courants électriques perpétuels induits par l'aimant repoussé dans le supraconducteur ) et sans énergie, car les courants induits dans un supraconducteur sont perpétuels ( résistance nulle donc éternels sans dissipation ) et s'opposent à la pénétration du champ magnétique dans le supraconducteur.
Ces derniers sont soit des aimants supraconducteurs, soit des aimants permanents, et la voie entoure le bas du train comme dessiné sur la première image ci-dessous. Le train est mis en lévitation et propulsé en créant un champ magnétique par induction électromagnétique dans la voie, qui va faire léviter les aimants sous le train et donc le train lui-même également. La propulsion du train peut se faire avec uniquement des forces répulsives, ou bien avec une combinaison de forces répulsives et attractives8, cette dernière approche étant préférée en pratique.
L'avantage de la sustentation électrodynamique est que le système est stable, ce qui signifie que si la distance entre le train et la voie varie un peu, les forces dynamiques vont automatiquement ramener le train vers la meilleure position. Toutefois, lorsque le train roule lentement, le champ magnétique généré par les courants induits dans la voie est insuffisant pour porter le train. Il a donc le désavantage d'avoir besoin de roues pour pouvoir rouler sur la voie jusqu'à atteindre une vitesse suffisante pour décoller et léviter. Par sécurité, il faut prévoir lors de la construction du train qu'il puisse s'arrêter n'importe où sur la voie en cas d'urgence, donc toute la voie doit également permettre au train de rouler dessus au lieu de léviter.
Entre autres, tous les trains de type SCMaglev (tels que ceux de la future ligne Shinkansen Chūō) utilisent la sustentation électrodynamique.
Système de sustentation électrodynamique pour faire léviter un train.
Système de propulsion par sustentation électrodynamique.
Une photo du dessous d'un système utilisant la sustentation électrodynamique avec des aimants supraconducteurs refroidis à l'hélium liquide.
Voir aussi[modifier | modifier le wikicode]
Références[modifier | modifier le wikicode]
- ↑ https://www.monorails.org/tMspages/MagShang.html
- ↑ http://www.maglev.ir/eng/documents/papers/conferences/maglev2004/topic1/IMT_CP_M2004_T1_15.pdf
- ↑ http://www.deplacementspros.com/Le-train-du-futur-se-passera-de-rails_a10429.html
- ↑ https://www.railjournal.com/passenger/high-speed/jr-centrals-chuo-maglev-project-approved/
- ↑ https://www.lemonde.fr/japon/article/2015/04/21/japon-un-train-va-tenter-d-atteindre-la-vitesse-record-de-600-km-h_4619539_1492975.html
- ↑ https://www.ncl.ac.uk/media/wwwnclacuk/pressoffice/files/pressreleaseslegacy/TRI_Flug_Hoehe_e_5_021.pdf
- ↑ https://www.researchgate.net/publication/245560751_MagneMotion_Maglev_System
- ↑ https://www.osti.gov/biblio/10150166
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Article mis en lumière la semaine du 12 décembre 2022. |
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