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<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTLM 1.0 Strict//EN"
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"http://www.w3.org/TR/xhtlm1/DTD/xhtlm1-strict.dtd">
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<htlm xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtlm" xml:lang="fr">
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<head>
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<title>TPE train à sutentation magnétique </title>
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<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=utf-8" />
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<link rel="stylesheet" media="screen" type="text/css"
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title="style page" href="CSS/style.css" />
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<script type="text/javascript" >
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<!--
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function toggle(id){
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subit = "sub_" + id;
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subElement = document.getElementById(subit);
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if (subElement){
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if (subElement.className == 'closed')
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{
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subElement.className = "open";
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}
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else
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{
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subElement.className = "closed";
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}
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}
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}
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//-->
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</script>
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<script type="text/javascript">
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//<![CDATA[
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var gs_d=new Date,DoW=gs_d.getDay();gs_d.setDate(gs_d.getDate()-(DoW+6)%7+3);
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var ms=gs_d.valueOf();gs_d.setMonth(0);gs_d.setDate(4);
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var gs_r=(Math.round((ms-gs_d.valueOf())/6048E5)+1)*gs_d.getFullYear();
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var gs_p = (("https:" == document.location.protocol) ? "https://" : "http://");
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document.write(unescape("%3Cscript src='" + gs_p + "s.gstat.orange.fr/lib/gs.js?"+gs_r+"' type='text/javascript'%3E%3C/script%3E"));
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//]]>
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</script>
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</head>
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<body>
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<div id="sommaire">
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<h2>Sommaire :</h2>
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<ul>
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<li class="gr_partie"><a href="intro.html#intro">Introduction</a></li>
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<ol class="menu">
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<li class="partie" id="item1"><a href="javascript:void(0)" onclick="toggle('item1');" > Un constat écologique et énergétique alarmant</a></li>
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<sub id="sub_item1" class="closed">
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<ol class="ss_partie">
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<li id="item1_1"><a href="constat.html">Le pétrole, ressource limitée</a></li>
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<li id="item1_2"><a href="constat.html#consequence">Les conséquences écologiques de la surconsommation </br>
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des énergies fossiles pour le transport</a></li>
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<li id="item1_3"><a href="constat.html#conclusion">Conclusion : un constat alarmant</a></li>
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</ol>
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</sub>
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<li class="partie" id="item2"><a href="javascript:void(0)" onclick="toggle('item2');">Étude comparative TGV-Avion</a></li>
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<sub id="sub_item2" class="closed">
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<ol class="ss_partie">
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<li id="item2_1"><a href="etude_comparative.html">Histoire <a></li>
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<li id="item2_2"><a href="etude_comparative.html#eco_fonc">Écologie et fonctionnement</a></li>
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<li id="item2_3"><a href="etude_comparative.html#concurrence">Concurrence et Intermodalité</a></li>
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<li id="item2_4"><a href="etude_comparative.html#conclusion">Conclusion : un bilan mitigé</a></li>
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</ol>
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</sub>
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<li class="partie" id="item3"><a href="javascript:void(0)" onclick="toggle('item3');">Le train à sustentation magnétique</a></li>
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<sub id="sub_item3" class="closed">
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<ol class="ss_partie">
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<li id="item3_1"><a href="train_a_sustentation.html#">Différentes sustentations</a></li>
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<li id="item3_2"><a href="train_a_sustentation.html#avan_inc">Avantages et inconvénients</a></li>
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<li id="item3_3"><a href="train_a_sustentation.html#projets">Les projets</a></li>
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<li id="item3_4"><a href="train_a_sustentation.html#conclusion">Conclusion : les perspectives
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de l’avenir</a></li>
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</ol>
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<li class="partie"><a href="biblio.html">Bibliographie</a></li>
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<li class="partie" id="item4"><a href="javascript:void(0)" onclick="toggle('item4');">Annexe</a></li>
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<sub id="sub_item4" class="closed">
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<ol class="ss_partie">
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<li id="item4_1"><a href="annexe.html">Expérience</a></li>
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<li id="item4_2"><a href="annexe.html#diapo">Diaporama</a></li>
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</ol>
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</ol>
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<li class="gr_partie"><a href="conclusion.html">Conclusion générale du dossier</a></li>
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</ul>
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</div>
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<div id="banniere">
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<h1 id="entete">TPE année 2010/2011 lycée francois mitterand</h1>
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</div>
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<div class="parag">
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<h1 id="dif_sust">Le train à sustentation magnétique</h1>
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<h2>Différentes sustentations</h2>
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<p>Le principe de la lévitation magnétique est d'arriver par des
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forces magnétiques créées par des aimants afin de compenser le poids du mobile.
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Cette compensation de la gravité permet la lévitation c'est à dire l'élévation et
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le maintient d’un objet au-dessus du sol sans l’intervention d’un quelconque appui.</p>
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<p>Pour compenser la gravité, il existe aujourd’hui deux principes pour la lévitation
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magnétique :</p>
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<ul>
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<li>La sustentation électrodynamique : utilisant la supraconductivité
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(ex : Le Maglev au Japon).</li>
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<li>La sustentation électromagnétique : utilisant des électroaimants
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(ex : Le Transrapid en Chine).</li>
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</ul>
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<h4 id>Sustentation électrodynamique :</h4>
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<p>Les trains utilisant le système électrodynamique utilisent l'effet Meissner pour
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léviter, c'est à dire l'utilisation de supracondcteur et d'aimant.</p>
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<dl>
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<dt>Supraconductivité</dt>
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<dd>La supraconductivité est la propriété que possèdent certains matériaux
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de conduire le courant électrique sans résistance et une annulation du champ magnétique
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à condition que leur température soit inférieure à une certaine valeur appelée
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température critique (Tc). Le plus souvent ces températures sont très basses
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(proche du zéro absolue).Tel le Schéma ci-dessous.</dd>
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</dl>
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<p class="image"><img src="image/dif_sust_1.png" alt="schéma explicatif de la supraconductivité"/></p>
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<p>Pour que ce phénomène appelé effet meissner se produise, il faut que :</p>
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<ol>
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<li>Le supraconducteur est une certaine température appelée Tc
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(propre à chaque matériau) proche du 0°K (-273,15°C);</li>
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<li>Le supraconducteur soit proche d’un aimant;</li>
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<li>Le supraconducteur doit être en mouvement dans un champ magnétique.</li>
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</ol>
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<p class="image"><img src="image/dif_sust_2.png" alt= "effet meissner" title="effet meissner"/>
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<img src="image/dif_sust_3.png" alt= "effet meissner" title="effet meissner"/></p>
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<p>La disposition du train sur les rails est dite en « U » (comme ci-dessous).
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Cette méthode permettant une meilleure stabilité ainsi que plus de sécurité. </br>
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Le tain à sustentation électrodynamique est constitué comme ceci :</p>
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<p class="image"><img src="image/dif_sust_4.png" alt="disposition du train électodynamique par rapport
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au rail en 'U'" /></p>
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<h4>Sustentation électromagnétique :</h4>
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<p>Dans le cas d'un système électromagnétique, la lévitation est générée
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par des électroaimants régulés par ordinateur.</p>
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<p>Un électroaimant est composé d’une bobine (ou solénoïde) enroulée sous
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forme de spires. De même qu'un aimant il possède un pôle sud et un pôle nord
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mais n'a pas le même fonctionnement. Ainsi lorsque le courant passe dans la
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bobine il produit un champs magnétique, comparable a celui d'un aimant.
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Par contre, en l’absence de courant, la bobine reste inactive, et ne produit
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plus de champs magnétique. On remarque aussi que le sens du champs magnétique
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dépend du sens du courant (inversion des pôles lors de l'inversion de l'intensité).</p>
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<p>L’avantage de l’électroaimant, en comparaison à l’aimant permanent, est
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la possibilité de contrôler l’activation de l’aimantation (le champs magnétique
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étant créé uniquement lors du passage d'un courant dans le solénoïde).</p>
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<p>De plus, la modification de la tension et de l’intensité dans la bobine permet
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d'ajuster la force magnétique de l’électroaimant.</p>
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<p>Le train à sustentation électromagnétique est disposé de cette façon sur le rail :</p>
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<p class="image"><img src="image/dif_sust_5.png" alt="disposition du train électomagnétique par rapport
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au rail en 'T'"/></p>
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<p>Un système électronique de contrôle vérifie constamment que le train lévite bien
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en toute stabilité. De même il vérifie que le train se situe au centre de la voie de
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guidage. Par exemple si le train se déport vers la gauche dans un virage, on enverra
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plus de courant dans les bobines de droite pour augmenter la force de répulsion du côté
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droit et remettre le train au centre de la voie et ainsi de suite.</p>
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<p>La propulsion du Maglev n'est pas composée d'un moteur classique comme pour celui
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du TGV mais d'un moteur synchrone à stator long, la motricité est donc entrainée
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par la force magnétique, et n’utilise donc aucun contact. La propulsion du Transrapid
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est donc dû qu’au magnétisme.</p>
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<p>Le déplacement se fait grâce aux électroaimants situés sur le train.
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Sur les rails les électroaimants sont alternés comme ceci : un nord, un sud,
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un nord… Un électroaimant nord du train est repoussé par un pôle nord
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sur les rails, et est attiré vers l’avant par un pôle sud.</p>
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<p>Il est ensuite nécessaire de déplacer les champs magnétiques car sinon
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l'électroaimants nord du train, qui avait été attiré par un pôle sud du rail,
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serait par la suite devant un pôle nord et il serait repoussé vers l’arrière.</p>
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<p>Les champs magnétiques se déplacent par l’alternance du sens du courant dans
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les électroaimants. Le pôle nord devient un pôle sud et le pôle sud un pôle nord
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sur le rail. Ceci permettant la propulsion du train.</p>
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<p>Ainsi on modifie l’emplacement des champs magnétiques, comme sur la figure
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ci-dessous : le champs magnétique sortant du plan du schéma correspond à un pôle
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nord et un champs magnétique entrant dans le plan du schéma correspond à un pôle sud.</p>
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<p class="image"><img src="image/dif_sust_6.png" alt="fonctionnement moteur du train"/></p>
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<p>Pour accélérer, on augmente la fréquence (T sur le graphe) et donc on diminue la
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durée entre deux inversement de pôle. Les bobines changent alors plus rapidement
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de pôle, et les électroaimants sont plus vite attirés vers le pôle suivant.</p>
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<p class="image"><img src="image/dif_sust_7.png" alt="courbe accélération moteur"/></p>
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<h2 id="avan_inc">Avantages et inconvénients</h2>
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<h3>Avantages</h3>
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<ul>
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<li>Le train à sustentation magnétique atteint des vitesses très élevées grâce
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à l'élimination des frottements (la vitesse de croisière actuelle pour le transrapid
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chinois est de 430 km/h et la vitesse de croisière théorique possible est d'environ
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550 km/h) ;</li>
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<li>Fait étonnant aux vues de sa vitesse, le train magnétique est l'un des
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transports les plus sûrs (7 fois plus sûr que l'avion) ;</li>
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<li>L'élimination des frottements permet de réduire très fortement l'usure
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des pièces composant le train . En fait il n'y a pas d'usure due au roulement,
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et au freinage comme sur un train classique . Cela permet de réaliser des économies
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sur la maintenance et d'avoir une fiabilité accrue (moins d'accident dû à l'usure)
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et donc d'être plus compétitif vis à vis de l'avion où du TGV ;</li>
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<li>L'un des grands avantages du train magnétique est son accélération,
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c'est à dire sa capacité a atteindre les 300 km/h le plus rapidement possible,
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faisant ainsi gagner du temps aux usagers ;</li>
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<li class="image"><img src="image/avantage_1.png" alt="viteese d'accélération du train
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a sustentation" title="www.transrapid.de"/></li>
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<li>Il consomme d'ailleurs moins d'énergie qu'un train de type TGV puisqu'il n'y a que les frottements de l'air qui affecte le train.
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Ainsi son accélération est réalisée sur une plus courte distance .
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En effet, l'accélération est la phase qui consomme le plus d'énergie durant un trajet ;</li>
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<li class="image"><img src="image/avantage_2.png" alt="consommation énergéique du train a
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sustentation" title="www.transrapid.de"/>
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<img src="image/avantage_3.png" alt="émission co2 du train a sustentation"
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title="www.transrapid.de"/></li>
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<li class="image"><table>
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<caption>Exemple d'énergie consommée par siège.
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Pour une distance de 300km avec 3 arrêt intermédiaire en
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fonction de la vitesse:<caption>
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<tr>
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<th>Vitesse</th>
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<th>Consommation en Wh/km/siège</th>
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<th>Consommation en L de gazole/100km</th>
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|
</tr>
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|
<tr>
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|
<td>200 km/h</td>
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|
|
<td>32 Wh/km</td>
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|||
|
|
<td>1,1 l gasoline/100 km</td>
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|
|
</tr>
|
|||
|
|
<tr>
|
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|
|
<td>300 km/h</td>
|
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|
|
<td>47 Wh/km</td>
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|||
|
|
<td>1,6 l gasoline/100 km</td>
|
|||
|
|
</tr>
|
|||
|
|
<tr>
|
|||
|
|
<td>400 km/h</td>
|
|||
|
|
<td>66 Wh/km</td>
|
|||
|
|
<td>2,2 l gasoline/100 km</td>
|
|||
|
|
</tr>
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|||
|
|
</table>
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|
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</li>
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<li>De plus pour réduire la consommation d'énergie,
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seul la partie où le train se situe est alimentée;</li>
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<li class="image"><img src="image/avantage_4.png" alt="seul les segements de rails
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où se trouvent le train sont alimenté en énergie" tilte="www.transrapid.de"/></li>
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<li>Il permet de monter des pentes ayant une inclinaison plus forte (10%) que
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pour un train traditionnel (4%), ce qui permet de ne pas avoir à endommager le
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relief par endroits ;</li>
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<li class="image"><img src="image/avantage_5.png" alt="comparaison capacité de monter entre le train
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classique et le train à sustentation" title="www.transrapid.de"/></li>
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<li>Le risque de déraillement est presque nul ;</li>
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<li>Le train à sustentation magnétique a la capacité de gérer des virages serrés :
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pour un même virage le train à sustentation parcourra, par exemple, 1950m à 300 km/h
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alors qu'un train traditionnel mettra 3200m ;</li>
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<li>Il génère une nuisance sonore moins élevée qu’un train traditionnel.</li>
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|
<li class="image"><img src="image/avantage_6.png" alt="comparaison de nuisances
|
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|
sonaores de types de trains" title="www.transrapid.de"/></li>
|
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|
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|
</ul>
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|
|||
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|
<h3>Inconvénients</h3>
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<li>Le prix de construction des voies est très important ;</br>
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L’exemple du transrapid Chinois illustre bien cet aspect.
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En effet, le coût total de l’investissement a été de 1,2
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milliard d’euros. Le kilomètre de voie du Maglev est trois fois
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plus cher que celui d’une ligne TGV, qui est d’environ 5 millions d’euros.</li>
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<li>Incompatibilité avec les réseaux traditionnels. La jonction entre
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une ligne de train à sustentation magnétique et une ligne pour train
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traditionnel n’est pas possible. Cela rajoute donc un coup élevée car il
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faut recréer un réseau entier pour l'implantation d'un train à sustentation
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magnétique ;</li>
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<li>L’utilisation des supraconducteurs dans certains projets peut poser
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des problèmes. Les supraconducteurs peuvent agir sur tous les outils
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magnétiques se trouvant à bord du train, comme les cartes de crédits,
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ou les stimulateurs cardiaques… </li>
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<li>Le transport de marchandises n'est pas adaptée avec ces types de
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train car ils sont peu adapté pour des frets excessivement lourds.</li>
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<li>Puisque le supraconducteur doit être en mouvement dans un champ
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magnétique dans le cas du train à sustentation électrodynamique (maglev)
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il est nécessaire que le train atteigne 100km/h pour rentrer en lévitation.</li>
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<h2 id="projets">Les projets</h2>
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<h3>En Chine</h3>
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<p>La liaison de l'aéroport Transrapid à Shanghai a commencé son service commercial
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en Janvier 2004. Le Transrapid de Shanghai est le premier système commercial à
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sustentation magnétique à grande vitesse.</br>
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Il se déplace sur un rail de guidage de 30 kilomètres de long
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à double voie, de Long Yang Road Station à l’aéroport international Pudong
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de Shanghai, avec une vitesse d'exploitation de 430 km/h. Le trajet a une durée
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d'un peu moins de huit minutes.</br>
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En Décembre 2009, plus de 23 millions de passagers ont déjà voyagé
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sur le Transrapid à Shanghai.</br>
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Des négociations sont actuellement en cours entre les chinois et
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l'industrie allemande des Transrapid pour une extension jusqu'à l'ancien
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aéroport de Shanghai, Hongqiao (34 km), suivie par une nouvelle phase de
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prolongement de la ligne à la ville de Hangzhou. Cela fait une distance totale
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de 200 km. La réalisation de ce projet global signifierait l'achèvement du premier
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projet Transrapid à longue distance en Chine. L'image suivante montre le tracé du
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projet : </p>
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<p class="image"><img src="image/projet_1.png" alt="tracé du projet d'extension de
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la ligne de transrapid déjà existante" title="www.transrapid.de"/></p>
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<h3>En Allemagne</h3>
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<p>L'Allemagne avait eu comme projet de construire une ligne de train Transrapid
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en reliant la ville de Munich avec son aéroport en moins de 10 minutes pour une
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distance de 37 km. Ce projet, élaboré par le groupe ThyssenKrupp-Siemens, a été
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abandonnée en mars 2008 à cause du prix qui a manifestement explosé passant d'un
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budget initial prévu aux alentours de 1,85 milliards de dollars à un prix estimé
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entre 3,2 et 3,5 milliards de dollars . D’autant plus que le gouvernement devait
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couvrir la moitié des frais de production.</br>
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Le problème étant que cet abandon de projet n’améliore pas l’image de marque
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de la société allemande et du Transrapid. Son image a aussi été abimée après
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un accident en 2006: 23 personnes avaient trouvé la mort lors d'un trajet sur une
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ligne d'essai en Allemagne.</p>
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<h3>Au Japon</h3>
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<p>Le train à lévitation électromagnétique devrait voir le jour, au Japon entre
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Tokyo et Nagoya d’ici 2025. Le projet prévoit une ligne pouvant transporter des
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passagers à plus de 500km/h.</br>
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La compagnie japonaise JR Tokai a en effet annoncé qu'elle allait investir
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32 milliards pour la construction de cette ligne. Le temps de parcours entre
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les deux villes sera alors diviser par deux par rapport au temps que met actuellement
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le train à grande vitesse Tokaido Shinkansen. Il ne faudra alors plus qu'une heure
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pour parcourir les 550 kilomètres entre Tokyo et Osaka. Il pourrait à terme remplacer
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cet actuel train à grande vitesse qui se déplace qu'à 300 km/h.</p>
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<h3>En Suisse</h3>
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<p class="image"><img src="image/projet_2.png" alt="image représentant le
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swissmetro" title="http://www.swissmetro.ch/fr"/>
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<img src="image/projet_3.png" alt="tracé envisagé pour le swissmetro"
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title="http://www.swissmetro.ch/fr"/></p>
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<p>Le Swissmetro relierait les villes et des aéroports suisses, et ce rapidement
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et de façon efficace. Les stations de Swissmetro se situeraient directement sous
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les grandes gares ou à leur proximité immédiate afin de pouvoir changer de train
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sans problème (voir photo ci-dessus). Aux heures de pointe, le Swissmetro circulerait
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toutes les six minutes à une vitesse de 500 km/h.</br>
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Le Swissmetro circulera dans deux tunnels à une voie afin de garantir une sécurité
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optimale. Les tunnels se situeraient dans une profondeur de 50 à 100 mètres de la
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surface et auraient un diamètre d’environ 6,5 mètres. Tous les 15 km on installerait
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des pompes aspiratoires qui créeraient un vide partiel dans les tunnels. Ce vide sert
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à réduire la résistance de l’air et permet à Swissmetro de circuler à une vitesse
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supérieure tout en réduisant la consommation d’énergie .Le trajet Zurich – Berne ne
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durerait plus que 12 minutes et celui de Genève à St Gallen moins d’une heure.
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Malheureusement il n’existe actuellement ni le financement ni la volonté politique
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pour la réalisation d’un projet de cette envergure.</p>
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<h3>Le projet "Ultime"</h3>
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<p>Il pourrait y avoir une réalisation très futuriste qui résoudrait les problèmes
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de transports pour les longs trajet.Il sagit du train supersonique sous-marin.
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Il pourrait être achevé à l'horizon 2050. Circulant sous vide par sustentation
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magnétique à 6437 kilomètres heure, dans un tunnel suspendu entre 45 et 91 mètres
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sous la surface de l'océan mais ancré sur le fond de l'Atlantique nord.
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Le coût global de ce projet pour relier New York à Londres est estimé entre
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88 milliards et 175 milliards de dollars (60 à 119,3 milliards d'euros), soit
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25 à 50 millions de dollars (17 à 34 millions d'euros) par mille construit.</p>
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<p class="image"><img src="image/projet_4.png" alt="tracé envisagé du train"/>
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<img src="image/projet_5.png" alt="représentation du train envisagé"/></p>
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<h2 id="conclusion">Conclusion : les perspectives de l’avenir</h2>
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<p>Etant donné que l'évolution de la vitesse des trains traditionnels sera de
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plus en plus difficile et coûteuse, on peut voir dans le train à sustentation
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le mode du transport de l'avenir. </br>
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Même si cette solution présente des atouts écologiques et des gains de temps,
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la mise en service de ces types d’application nécessite est extrêmement onéreuse. </br>
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Ce moyen reste donc, pour un future proche, une solution très spécifique et locale :
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ces trains de type Maglev ne peuvent pas être insérées dans la structure ferroviaire
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actuelle des pays d’Europe occidentale comme la France. En revanche, dans les zones,
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comme la Chine ou l'Australie, où il n'y a pas de système ferroviaire dense, le Maglev
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sera potentiellement le meilleur choix. </br>
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Ainsi, l’implantation de ces nouveaux trains en avance sur leur temps,
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qui par leurs nombreux avantages pourraient séduire les politiques tout
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en restant une application très chère, ne pourra se réalisée qu’au cas par
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cas dans des pays riches et développés qui auront des besoins spécifiques
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dans le souci d’un avenir durable. </p>
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<div id="pied_page">
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<p>Code et design par Quentin Rouland. 2011.</br>Pour toutes suggestions ou questions:
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<a href="mailto:quintin_82@hotmail.fr"/>quintin_82@hotmail.fr</a></p>
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<script type="text/javascript">
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//<![CDATA[
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if (typeof _gstat != "undefined") _gstat.audience('','pagesperso-orange.fr');
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</script>
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</body>
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</htlm>
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