Les constructeurs de trains japonais (Maglev) revendiquent un record du monde de vitesse à 332 MPH (531 km/h)
Après qu’un train à lévitation magnétique au Japon ait établi une vitesse record du monde de 550 kilomètres par heure, les Chinois et les Allemands ont suivi avec des trains qui ont continué à battre des records de vitesse.
Les trains propulsés par la force électromagnétique sont appelés trains maglev (pour lévitation magnétique). Sans roues ni moteur, ces trains « flottent » sur un champ magnétique et peuvent se déplacer à des vitesses étonnantes. Dès 1941, des ingénieurs allemands avaient mis au point le premier brevet pour un train roulant par lévitation magnétique.
Les bagages d’un train maglev sont rangés dans des casiers au-dessus des sièges et entre les cabines. Le train de Shanghai peut transporter près d’un millier de personnes à la fois et compte neuf compartiments. Les trains Maglev destinés au transport de marchandises peuvent avoir des sections tout-cargo ou peuvent mélanger du fret avec des sections passagères. Les trains ne sont pas ralentis par leur longueur ou le poids de leur chargement. En raison de la résistance au vent, les trains maglev consomment autant d’énergie que les trains ordinaires. Bien qu’ils émettent moins de pollution de l’air directement, l’énergie pour les faire fonctionner doit toujours être créée à un autre endroit qui subit alors la pollution. Néanmoins, un train maglev consomme 25% de l’énergie dont un avion aurait besoin pour la même vitesse et la même capacité. En effet, la lévitation du train consomme moins d’énergie que sa climatisation. De plus, en voyageant, les batteries du train se rechargent.
Ces trains uniques comptent sur la voie pour les amener à leurs destinations. Chaque train a des aimants supraconducteurs et les côtés de la voie ont des bobines. La chenille développe une force de propulsion électromagnétique. Une sous-station fournit un courant alternatif aux bobines, déplaçant ainsi le champ magnétique de la voie. Le train avance lorsque ses aimants sont attirés par le champ magnétique changeant. Les bobines repoussent les aimants du train et le train est tiré vers l’avant. Le train s’arrête en utilisant des panneaux de frein aérodynamiques. Les Chinois ont tenté de rendre les trains plus efficaces en utilisant des aimants supraconducteurs à haute température, refroidis par de l’azote liquide peu coûteux. Les trains maglev japonais utilisaient des supraconducteurs à basse température. Le train JR-Maglev à Yamanashi, au Japon, qui a atteint 550 kilomètres à l’heure le 24 décembre 1997.
(Yosemite/CC-BY-SA2.5)
Lors du développement d’un train maglev, il y a un certain nombre de problèmes d’ingénierie à résoudre. Par exemple, les chercheurs doivent tenir compte de la courbe la plus prononcée et de la pente la plus raide du parcours. Ils doivent tenir compte de l’espace à mettre entre les voies, afin que les trains maglev puissent se charger les uns les autres sans s’affecter. En outre, les coûts de construction et d’entretien ainsi que les dispositifs de contrôle du bruit suscitent des inquiétudes. La construction de la voie de guidage du train maglev de Shanghai, qui a débuté en 2001, a pris la discipline d’un projet militaire. Malgré les tonnes d’acier nécessaires et les calculs et aménagements complexes, le projet a été achevé en un peu plus d’un an et demi. Les Allemands ont construit le train et les Chinois ont construit la voie. Cependant, les deux pays espéraient transférer la technologie ferroviaire en Chine, forgeant ainsi un lien entre les deux pays.
Un train maglev est un symbole qu’un pays est « arrivé » en tant que concurrent technologique majeur dans le monde. Bien que le train de Shanghai n’ait pas été rentable au départ, c’était une déclaration forte du souhait de la Chine d’être un leader moderne, et il a démontré l’ingéniosité de fabrication des Allemands. Dans les années 1970, les Japonais ont étudié la lévitation, testant des véhicules maglev en 1972 et 1975. À la fin des années 1970, des essais de voies de guidage et de tunnels inversés ont commencé sur une première piste appelée la piste d’essai de Miyazaki Maglev dans la préfecture de Miyazaki. Une voie de guidage en forme de U y a été testée en 1980, puis un maglev à deux voitures a été testé avec des passagers. À la fin de cette décennie, les Japonais avaient expérimenté des croisements de sous-stations, des onduleurs, des systèmes de freinage et un aiguillage traversant. Ils exploitaient des trains à trois voitures et, en 1987, un train à deux voitures avec équipage a atteint une vitesse légèrement supérieure à 400 kilomètres à l’heure (environ 250 miles à l’heure). En 1990, les Japonais ont commencé à construire la piste de Yamanashi, culminant avec la course record en 1997. Les efforts ont évolué pour se concentrer sur les tests de vitesse maximale.
À l’automne 2003 en Chine, le train maglev de Shanghai, fabriqué en Allemagne, a atteint une vitesse maximale de 501 kilomètres par heure (311 miles par heure), emmenant les voyageurs du centre-ville à l’aéroport – une distance de 30 kilomètres (19 miles) – en sept minutes environ. Lorsque le train a fait ses débuts, les journalistes ont qualifié son premier voyage de « vol », comme s’il était comparable à un avion à réaction supersonique. Les trains maglev japonais, qui sont exploités à distance, ont parcouru jusqu’à 581 kilomètres par heure (361 miles par heure) – une vitesse record établie en 2003. Chaque année, des millions de Japonais voyagent entre les villes sur ces trains. Trains Maglev Voyage en train Trains à sustentation magnétique
Technologies de lévitation magnétique (Maglev)
🔴JAPAN : #VIDEO WOW! WORLD'S FASTEST TRAIN! JAPANESE MAGNETIC LEVITATION TRAIN, MAGLEV!🚉
The Japanese #Maglev train traveling at 603 km/h (374.7 mph) a world record!
By way of comparison, the French TGV travels at 320 km/h (198 mph)#BreakingNews #Train pic.twitter.com/O0lKJwIzGb— LW World News 🌍 (@LoveWorld_Peopl) April 9, 2022
Maglev supraconducteur développé par RTRI et JR Central
Le Tokaido Shinkansen a commencé ses opérations en 1964 et a été un succès immédiat. Depuis lors, le réseau shinkansen du Japon s’est considérablement étendu et son succès a entraîné le développement rapide de chemins de fer à grande vitesse dans d’autres pays également, en particulier en Occident. À ses débuts, le shinkansen était considéré comme la forme ultime de transport ferroviaire à grande vitesse. Mais les passagers au Japon exigent désormais un service ferroviaire encore plus rapide, comme en témoigne la préférence qu’ils ont récemment montrée pour le Nozomi sur le San’yo Shinkansen qui roule à 300 km/h, soit 70 km/h plus vite que l’ancien Hikari. Le shinkansen utilise une conception de train conventionnelle, avec des moteurs et d’autres équipements montés sur le matériel roulant, de l’énergie électrique collectée à partir de câbles aériens et des roues roulant sur des rails. Il est extrêmement difficile de modifier cette conception conventionnelle pour augmenter beaucoup plus les vitesses. 
- Taille et poids accrus des équipements embarqués
- Difficulté à capter l’électricité
- Adhérence réduite entre les roues et les rails à des vitesses plus élevées, provoquant un patinage des roues
Le shinkansen et d’autres trains à grande vitesse similaires dans différentes parties du monde ont rendu les voyages en train plus rapides que jamais, mais la vitesse atteint le maximum possible avec la technologie actuelle. Pour franchir cette barrière de vitesse, le Railway Technical Research Institute (RTRI) et JR Central travaillent ensemble pour développer des technologies pour un nouveau type de chemin de fer idéal pour les déplacements à grande vitesse : le train supraconducteur à lévitation magnétique (maglev).
Avantages du Maglev supraconducteur
Les maglevs supraconducteurs sont également appelés voitures à moteur linéaire. Le moteur est linéaire et non rotatif. Nous pouvons le considérer comme un moteur électrique ordinaire qui a été fendu, étalé à plat et orienté dans le sens de la marche du train (Fig. 1). Le moteur ne tourne pas ; au lieu de cela, il exerce une force cinétique en ligne droite, ou une voie de guidage. Une partie du moteur linéaire est montée sur le train, l’autre sur la voie de guidage. Le train est équipé d’aimants supraconducteurs légers mais puissants, et la voie de guidage a des bobines sous tension le long des côtés. Ainsi, le train ne transporte pas d’équipements tels que des transformateurs et des onduleurs. En conséquence, il est très léger et mince, mais toujours capable d’exploiter une grande force de propulsion. Un autre avantage est qu’il n’y a pas de collecteurs de courant et que la force électromagnétique fait léviter les véhicules, il n’y a donc pas de problèmes d’adhérence des roues ou des rails. Différents types de moteurs linéaires ont été développés, mais le seul autre type qui fournit de l’énergie électrique à une voie de guidage pour le transport est le système allemand Transrapid. Comme mentionné, des aimants supraconducteurs sont utilisés pour créer une force magnétique puissante pour propulser le véhicule. Mais ils offrent plus qu’une simple propulsion – ils font également léviter les véhicules et les guident dans les limites de la voie de guidage. Le système tire parti de l’effet naturellement stabilisant fourni par l’induction électromagnétique. Aucun dispositif de contrôle n’est nécessaire pour maintenir le train sur sa voie de guidage, et il n’y a aucun risque que le train « déraille ». La force de lévitation magnétique est idéale pour supporter un train à très grande vitesse.
Historique du développement
Dans les premiers stades de développement, la technologie des aimants supraconducteurs était considérée comme un domaine technique ésotérique et certaines personnes supposaient que la technologie ne pourrait jamais être utilisée pour les voyages commerciaux en train. Mais les anciens chemins de fer nationaux japonais (JNR) étaient convaincus que la technologie offrait un grand potentiel pour des voyages ferroviaires très rapides et ont commencé à mener des recherches et développements sur le maglev en 1970. 
La ligne de test Yamanashi
La ligne de test Yamanashi de 18,4 km prend en charge une large gamme de tests pour déterminer la viabilité commerciale du transport maglev supraconducteur. Il a été construit par JR Central, qui espère exploiter un maglev entre Tokyo et Osaka, et RTRI, qui a repris le développement du maglev supraconducteur de l’ancien JNR. Le gouvernement japonais fournit une aide financière considérable. Les tunnels représentent 16 km de la ligne et il y a une section ouverte de 1,5 km de long presque au milieu de la ligne. Une sous-station pour la conversion de puissance et d’autres installations sont situées au centre d’essai sur la section ouverte. Une partie de la ligne est à double voie pour simuler les conditions réelles d’exploitation. 
Résultats de la ligne de test Yamanashi
Des essais ont commencé sur la ligne d’essai de Yamanashi en avril 1997. Le premier train de trois voitures était propulsé par un moteur linéaire mais entraîné à basse vitesse. Lors des premiers tests, les voitures n’étaient pas en lévitation; au lieu de cela, ils roulaient sur des pneus en caoutchouc. Une fois que les tests ont vérifié qu’il n’y avait aucun défaut dans les véhicules ou la voie de guidage, les courses de lévitation ont commencé fin mai 1997. Par la suite, la vitesse a été augmentée par très petits incréments sur une période de temps considérable, avec une surveillance continue pour mesurer le mouvement de la voiture et vérifier le freinage performance. Le 12 décembre 1997, un nouveau record du monde de 531 km/h a été établi pour les voyages en train habité. Ensuite, une vitesse maximale de 550 km/h a été atteinte le 24 décembre pour une course sans pilote, atteignant ainsi l’un des objectifs initiaux de la ligne d’essai de Yamanashi. Un seul problème reste à résoudre : les vibrations de l’air qui font vibrer les fenêtres des bâtiments près des entrées de tunnel lorsqu’un train maglev entre ou sort d’un tunnel à grande vitesse. Nous essayons actuellement de résoudre ce problème en installant des déflecteurs d’air aux têtes de tunnel et en modifiant la conception de l’ouverture.
Il n’y a pas d’autres problèmes environnementaux – les mesures des vibrations au sol indiquent des valeurs bien dans les limites acceptables et les niveaux de bruit sont également dans les limites acceptables. Le bruit aérodynamique peut probablement être réduit davantage en rendant les voitures encore plus profilées. Les mesures du champ magnétique, au niveau du sol directement sous la voie de guidage surélevée standard de 8 m de haut, montrent un champ magnétique de seulement 0,2 gauss causé par les trains Maglev imposés au magnétisme terrestre constant de 0,4 gauss. Une deuxième rame a été achevée fin 1997, permettant de réaliser différents essais avec deux trains, comme un train croisant un train à l’arrêt ou un train roulant lentement dans le même sens, ou deux trains circulant en sens opposés à haute vitesse la rapidité. En février 1999, pour simuler plus fidèlement les futures opérations commerciales, la rame de 3 voitures a été changée en une configuration de 5 voitures pour des tests de performance à des vitesses de l’ordre de 500 km/h. 
Essais futurs
Les essais sur la ligne d’essai de Yamanashi étaient prévus pour une période de 3 ans (1997–99). Aucun problème majeur n’a été rencontré pendant cette période et nous avons atteint tous nos objectifs initiaux, y compris une vitesse maximale de 550 km/h et des vitesses de dépassement relatives de 1000 km/h. Le ministère des Transports a créé le comité d’évaluation des performances techniques du Maglev pour vérifier les mérites techniques du système. Le rapport du comité a déclaré : « Bien qu’une étude plus approfondie soit nécessaire pour évaluer la durabilité à long terme et la rentabilité, il semble que le système maglev supraconducteur soit techniquement prêt à être utilisé commercialement comme système de transport à très grande vitesse et à grande capacité. » Au cours des 5 prochaines années, nous continuerons à effectuer des tests et à développer davantage le système, tout en nous concentrant sur ces trois objectifs :
- Vérification de la durabilité à long terme
- Trouver des moyens de réduire les coûts
- Atteindre une conception de voiture plus aérodynamique
Conclusion
Le maglev supraconducteur est un type de chemin de fer entièrement nouveau qui combine les dernières technologies en électronique de puissance (par exemple, les aimants supraconducteurs), les communications et d’autres domaines de haute technologie. Le développement de Maglev définit une nouvelle voie pour le transport ferroviaire et constitue une étape importante dans les 170 ans d’histoire ferroviaire. La résistance à l’air est le seul facteur limitant la vitesse de ce système, il y a donc tout lieu de croire que les vitesses seront considérablement augmentées, par exemple, en utilisant la technologie maglev dans le vide. Cette technologie innovante fabriquée au Japon est sur le point de révolutionner les voyages en train pour plusieurs siècles à venir.
Kanji Wako – M. Kanji Wako est directeur chargé de la recherche et du développement à l’Institut de recherche technique ferroviaire (RTRI). Il a rejoint JNR en 1961 après avoir obtenu son diplôme d’ingénieur à l’Université de Tohoku. Il est le rédacteur en chef de cette série sur Railway Technology Today.
Kazuo Sawada – M. Sawada est directeur général de la technologie au sein du département de développement du système Maglev de RTRI. Il est diplômé en génie électronique de l’Université de Tokyo en 1971, puis a rejoint JNR. Il travaille sur le projet maglev depuis 1974, occupant divers postes de direction au Miyazaki Test Track et au RTRI.
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