La sustentation magnétique

l'avenir du ferroviaire ?

La sustentation magnétique l'avenir du ferroviaire ?

Transcription :

Est-ce que l'avenir du train est encore sur les rails ? Pourrait-il un jour se passer de roues ? L'idée n'est pas nouvelle, puisque les plus anciennes recherches visant à faire flotter plutôt que rouler des trains sur une infrastructure dédiée remontent aux années 1920. Les premières expériences n'ont pas été vraiment couronnées de succès : on pense à l'Aérotrain français qui s'est fait doubler par le TGV, au Transrapid allemand dont la carrière s'est terminée prématurément à la suite d'un accident dramatique, au SwissTrain qui n'a jamais vu le bout de son tunnel ou encore à l'Hyperloop d'Elon Musk dont, comment dirais-je, on pourrait légitimement douter du sérieux. Pourtant, en Asie, mais aussi en Europe, il semblerait que l'on croie encore à l'avenir de véhicules ferroviaires profitant de champs magnétiques générés par des aimants pour se déplacer en glissant sur leur voie sans jamais entrer en contact avec elle. Mais, contrairement à ce que l'on tendrait à penser, cette approche ne concerne pas que le domaine de la très haute vitesse, mais pourrait aussi trouver d'intéressants débouchés dans celui du fret ferroviaire. Autre surprise, la bonne vieille voie ferrée telle qu'on la connaît depuis maintenant au moins deux siècles pourrait finalement s'avérer être la meilleure alliée de cette technologie. Je vous explique tout ça dans ce nouveau numéro, bonjour et bienvenue dans Aiguillages !
Est-on à l'aube d'une nouvelle révolution ? C'est-à-dire sur le point de dépasser une invention qui date de six millénaires ? Je veux parler de la roue qui a été mise au point 4 000 ans avant notre ère. À cette époque, la seule façon de déplacer une charge consistait à la traîner sur le sol, ce qui demandait de très gros efforts et était à l'origine de la déperdition d'une très importante quantité d'énergie. L'invention de la roue a permis la création de toutes sortes d'engins, à commencer par différents moyens de transport. Mais un problème subsistait. Le frottement des roues directement sur un sol souvent très irrégulier produisait une assez forte résistance qui limitait le poids des charges que l'on pouvait envisager de déplacer et la vitesse à laquelle il était possible de le faire. Bien sûr, on chercha très tôt des solutions, et dès l'Antiquité des routes furent construites à l'aide de pierres plus ou moins plates ; puis, au Moyen Âge, on commença à utiliser, en particulier dans les mines, des sortes de rails. Il s'agissait alors plutôt d'ornières dans lesquelles on forçait les roues de chariots tirés par des chevaux à s'engager. D'abord en bois, ces rails furent ensuite conçus en métal, les roues des véhicules suivant la même évolution. C'est ainsi que naquirent les chemins de fer à la fin du XVIIIᵉ siècle, lorsque l'on découvrit un principe de physique élémentaire : le roulement d'une roue en fer sur un rail en fer était de tous le plus efficace, celui qui offrait le moins de résistance. De nouveaux problèmes se révéleront néanmoins avec la mise en service des premières locomotives à vapeur : le patinage et l'enrayage. Le premier se produisant lors d'un effort de traction, les roues glissant sur le rail comme sur du verglas, ce qui rend difficile la prise de vitesse ; le second, au moment du freinage, les roues ayant tendance à se bloquer, ce qui peut les endommager tout en empêchant d'obtenir le ralentissement souhaité. On a donc pensé pendant longtemps que l'on atteindrait assez rapidement une limite à la vitesse que l'on pourrait pratiquer sur les rails. Ce plafond de verre fut même évalué à la suite du record du monde de vitesse sur rail de 1955 aux alentours de 200 KM/h. C'est pourquoi, dès le début du XXᵉ siècle, des ingénieurs commencèrent un peu partout sur la planète à réfléchir à des moyens de locomotion terrestre qui pourraient se passer de roues pour s'en affranchir. On est parti pour un rapide tour du monde de ces innovations.
En France, Jean Bertin imagine l'Aérotrain. Ses recherches démarrent à la fin des années 50 pour aboutir à différents prototypes qui seront testés à partir du milieu de la décennie suivante sur des voies d'essai. À mi-chemin entre l'avion et le train, les engins qu'il conçoit se déplacent sur un coussin d'air, guidés par une voie spéciale en forme de T inversé. Ils sont propulsés par une hélice ou un réacteur issus de l'aviation. Question vitesse, la technologie tient ses promesses puisque plusieurs records sont battus. Le 14 novembre 1961, l’Aérotrain 01 atteint celle de 345 km/h ; le 22 janvier 1969, le numéro 02 se déplace à 422 km/h ; le 5 mars 1974, l'i80 HV accède à la vitesse de 430,2 km/h. Rappelons qu'il faudra attendre 1981 pour que le TGV batte un premier record de vitesse sur rail à 380 km/h, et près de 10 ans de plus pour qu'il dépasse le plus rapide des Aérotrains, en établissant un nouveau à 515,3 km/h en 1990. Néanmoins, c'est bien le TGV qui emportera le match face à l'Aérotrain, et ce, dès les années 70. Son concurrent partait avec plusieurs handicaps : ne transporter qu'un nombre relativement faible de passagers, être totalement incompatible avec les infrastructures ferroviaires existantes et générer de très fortes nuisances sonores qui auraient été difficilement tolérées en milieu urbain. Mais le coup fatal lui sera porté par les chocs pétroliers du début des années 70. Le prix des hydrocarbures explosant à cette occasion, le modèle économique de l'Aérotrain était totalement à revoir. Les pouvoirs publics préféreront dès lors la solution du TGV porté par la SNCF qui, bien qu'envisagée dans un premier temps comme un turbotrain, c'est-à-dire étant, lui aussi, propulsé par une turbine à gaz, avait le mérite de pouvoir être convertie à la traction électrique. Jean Bertin décèdera peu de temps après cet échec, en décembre 1975. Deux ans plus tard, le projet de l'Aérotrain était définitivement abandonné par l'entreprise qui portait son nom.
En Allemagne, à peu près dans le même temps, une autre approche d'un train s'affranchissant de tout contact avec le sol est proposée. Il s'agit du Transrapid qui repose sur le principe de la sustentation magnétique. Ce projet est développé sur la base des travaux d'Emile Bachelet, un inventeur franco-américain qui s'intéresse dans un premier temps à l'étude des champs magnétiques dans le domaine thérapeutique avant de transposer ses recherches dans celui des transports. En 1914 à Londres, au cours d'une exposition, il présente le premier train à sustentation magnétique au monde. Il ne s'agit certes que d'une maquette, mais ce véhicule atteint la vitesse de 480 km/h et fait sensation. Savants et exploitants ferroviaires venus des quatre coins de la planète se précipitent dans la capitale britannique pour voir ce démonstrateur. Émile Bachelet leur explique comment il réussit, après avoir disposé des aimants sur une voie et sur un véhicule, à faire se déplacer celui-ci. En excitant périodiquement des aimants, il crée un ensemble de champs magnétiques. Le premier est destiné à faire léviter le véhicule, le deuxième à le faire se déplacer, et le troisième à le guider pour qu'il reste au-dessus de sa voie. Sans doute trop en avance sur son temps, alors que l'électricité n'en était qu'à ses premiers balbutiements dans l'industrie ferroviaire, l'inventeur ne put jamais mettre ses idées en pratique, ne serait-ce que sur un circuit expérimental grandeur nature. Il faudra attendre les années 70 pour que des ingénieurs de chez Siemens et ThyssenKrupp commencent à travailler sur le concept de Transrapid, et ce n'est qu'en 1987 qu'une piste d'essai lui fut construite pour lui près de Lathen en Allemagne, dans la région de la Basse-Saxe. Mesurant 32 km de long et dotée d'une boucle à chacune de ses extrémités, elle verra des Transrapid atteindre la vitesse de 450 km/h. Mais le projet aura du mal à trouver des débouchés commerciaux, un peu pour les mêmes raisons que celles qui ont conduit à l'échec de l'Aérotrain. Nécessité de construire une infrastructure spécifique coûteuse, incompatibilité avec le système ferroviaire préexistant qui interdit de fait tout prolongement de l'exploitation au-delà des sections à grande vitesse, concurrence du TGV dont l'augmentation constante de la vitesse commerciale remet en cause l'intérêt du Transrapid se rapprochant de plus en plus de ses performances. Seule la Chine en mettra une ligne en exploitation en 2004. Elle fonctionne d'ailleurs toujours à l'heure actuelle entre l'aéroport et le centre de la ville de Shanghaï. En revanche, dans son pays d'origine, les coûts prohibitifs de construction des lignes un temps envisagées entre Berlin et Hambourg ou l'aéroport et la gare de Munich ont conduit le gouvernement allemand à renoncer à ces projets. Mais ce qui sonnera le glas de cette aventure, c'est un accident intervenu le 22 septembre 2006. La piste d'essai de Lathen étant ouverte au public qui pouvait venir goûter aux joies d'un voyage à bord d'un train à sustentation magnétique, en fut le théâtre. À la suite d'une erreur humaine, semble-t-il, un engin dédié à l'entretien de la piste était resté à l'arrêt sur celle-ci alors qu'un Transrapid s'y était élancé. Le choc inévitable se produisit à 162 km/h. Le bilan fit état de 23 morts et de 10 blessés. Deux ans plus tard, le consortium associant Siemens et ThyssenKrupp pour la commercialisation du Transrapid fut dissous.
Au Japon, ce sont les trains magnétiques supraconducteurs SC Maglev qui sont appelés à léviter au-dessus de leur voie. Le pays construit actuellement une nouvelle ligne appelée la Chuo line à 80 % souterraine, pour proposer une nouvelle relation entre Tokyo et Osaka, distincte de celle existante assurée par un Shinkansen, et surtout d'emblée créée pour des trains utilisant la technologie de la lévitation magnétique. L'objectif est de relier les deux villes distantes de 400 km en à peine plus d'une heure, soit la moitié de la durée du trajet actuel, en roulant à la vitesse commerciale maximale de 505 km/h. Un objectif largement réalisable, puisqu'en avril 2015, lors d'essais, un tel train a atteint la vitesse record de 603 km/h. Mais, initialement prévue pour 2027, l'inauguration du premier tronçon de la ligne a dû être reportée à 2034. En cause, essentiellement, l'explosion des coûts de la construction de la ligne et de la consommation d'électricité engendrée par les nouveaux trains, même si leurs performances ne sont pas remises en cause. En pratique, les MagLev ne se passent pas complètement de roues, puisqu'ils ne commencent à léviter que lorsqu’ils atteignent la vitesse de 150 km/h, mais cet intermède n'est que de courte durée, car ce qui caractérise ces trains japonais, c'est leur capacité à produire une accélération fulgurante. Il ne leur faut pas plus de 90 secondes, soit 3 fois moins de temps qu'un TGV classique, pour passer de 0 à 450 km/h.
En Chine a été construit un réseau ferroviaire à grande vitesse très dense pour relier les principales agglomérations du pays. Mais dans un aussi vaste territoire, même des déplacements à 350 km/h peuvent supposer de très longs temps de trajet. Par exemple, 2 000 km séparent Canton de Pékin. Le parcours prend sept heures et demie. Dans ce contexte, un réseau de lignes de trains à sustentation magnétique est envisagé à l'horizon 2035. Le pays annonce vouloir faire rouler sur plusieurs nouvelles lignes des trains à la vitesse de 600 km/h, mais, à ce jour, une seule est actuellement exploitée. C'est celle reliant Shanghai à son aéroport à l'aide du Transrapid allemand dont je vous ai parlé tout à l'heure.
En Suisse, un pas de plus a été franchi dans le domaine de l'innovation. Aérotrain, Transrapid, MagLev, tous ces véhicules ont comme point commun d'avoir réussi à s'affranchir du peu de résistance que le contact rail-roue opposait encore à leur avancée, mais plus leur vitesse augmente, et plus c'est une autre forme de pression qui s'oppose à leur progression, celle de l'air. C'est pourquoi d'autres ingénieurs ont eu l'idée, puisque celui-ci posait problème, de le supprimer, en imaginant faire évoluer des rames dans des tunnels sous vide. Eh non, le premier qui a eu cette intuition n'est pas celui à qui vous pensez, mais un ingénieur suisse du nom de Rodolphe Nieth. Il est l'auteur du projet Swissmetro, un ensemble de tunnels de faibles diamètres creusés entre 50 et 100 mètres de profondeur dont les stations seraient connectées à celles des réseaux de transports publics existants. Pour y pratiquer des vitesses élevées (de l'ordre de 400 à 600 km/h), un vide d'air partiel y serait maintenu et le mode de locomotion retenu serait bien sûr la sustentation magnétique sur le même principe que ceux du Transrapid ou du MagLev. L'idée était d'établir de la sorte une relation ouest-est entre Genève et St-Gall en passant par Lausanne, Berne et Zurich, et une autre nord-sud entre Bâle et Bellinzone via Lucerne. Si ce projet a suscité un réel enthousiasme en Suisse, il est entré en concurrence avec d'autres, également en recherche de financements publics, qui l'ont finalement emporté : Les citoyens suisses lui ont préféré le percement des tunnels ferroviaires de base du Gothard et du Loetschberg ainsi que la mise en place du cadencement à l'échelle de tout le pays. Si vous souhaitez en savoir plus à ce propos, je vous renvoie à la vidéo La Suisse et ses trains que vous trouverez sur cette chaîne. Faute de financement, le projet Swissmetro a finalement été abandonné en 2009.
Aux États-Unis, comment pourrait-il en être autrement, un nouveau projet a défrayé la chronique : l'Hyperloop. Un certain Elon Musk l'a dévoilé pour la première fois en juillet 2012. Pour lui, il s'agissait de créer un double tube sous basse pression d'air dans lequel se déplaceraient des capsules flottant sur un coussin d'air propulsées par un champ magnétique. Objectif : des déplacements à plus de 1 000 km/h. Il souhaite que ce projet soit développé sous forme collaborative et en open source, c'est pourquoi il ne dépose lui-même aucun brevet, mais encourage la création d'entreprises pour exploiter cette idée. Mais le moins que l'on puisse dire, c'est que les résultats sont très très loin de ce qui était escompté. L'entrepreneur annonce en 2015 la création d'une piste d'essais au Texas, qui 10 ans plus tard n'a toujours pas vu le jour. Bon nombre des entreprises qui se sont lancées sur ses traces ont jeté l'éponge. C'est le cas de Virgin Hyperloop, fermée en décembre 2023, ou de la branche française d'Hyperloop Transportation Technologies, un temps pressentie pour installer une piste d'essai à Toulouse, dont le bail a été résilié par la métropole en 2023, qui a fini par soupçonner l'entreprise de n'être qu'une coquille vide. Même souci avec Transpod, qui aurait dû installer elle aussi une piste d'essais en France, à Limoges. Le permis de construire a été obtenu en 2018 ; en 2025, le premier coup de pioche n'a toujours pas été donné. L'idée d'Hyperloop Lyst qui devait relier Lyon à Saint-Étienne en 5 à 10 minutes a été purement et simplement abandonnée. Ces piètres résultats font penser à certains auteurs, dont un biographe d'Elon Musk, que le projet Hyperloop n'aurait été qu'un gigantesque écran de fumée visant à faire capoter la construction d'une ligne à grande vitesse en Californie.
En Pologne, une toute jeune entreprise qui s'était dans un premier temps intéressée au projet Hyperloop pourrait bien bousculer la donne. Son credo ? Si, dans tous les concepts évoqués jusqu'ici, il n'a été question que de transport de voyageurs et de grande vitesse, selon elle, la technologie de la sustentation magnétique pourrait bien concerner aussi le fret et réemployer les infrastructures ferroviaires existantes en ajoutant simplement quelques composants aux voies ferrées classiques plutôt que de construire de très coûteuses nouvelles lignes. Elle s'appelle Nevomo et a déjà à son actif au moins deux concepts majeurs à présenter. Le premier a été baptisé MagRail. Grâce à lui, la vitesse des TGV pourrait être portée jusqu'à 550 km/h, ce qui permettrait de relier Paris à Marseille en deux heures, par exemple. Cette solution hybride permettrait de conserver l'infrastructure et le matériel roulant déjà existant qu'il suffirait d'équiper de composants supplémentaires pour permettre la lévitation : une sorte de grande bande continue au milieu des rails et un ensemble d'aimants sous le train. Mais MagRail n'est pas réservé aux lignes à grande vitesse : cette technologie pourrait aussi être implémentée sur de petites lignes, ce qui éviterait d'avoir à y faire de gros travaux de remise en état, puisque les trains qui y seraient engagés se contenteraient de s'en servir de guide et de les survoler. Par ailleurs, la sécurité des circulations étant prise en charge informatiquement par le système, la présence d'une signalisation classique le long des voies ne serait même plus nécessaire. Le second concept s'appelle MagRail Booster, il a été développé spécifiquement pour les trains de fret. De la même manière, il s'agit d'équiper des wagons de marchandise préexistants de composants supplémentaires. Ceux-ci ne seraient pas appelés à léviter, mais pourraient se passer de locomotives et se déplacer de façon autonome, le moteur étant en quelque sorte placé sur la voie, ce qui pourrait considérablement simplifier les opérations dans les faisceaux de triage, par exemple. Alors bien sûr, ces concepts n'en sont qu'au stade de l'étude de faisabilité, mais ils semblent suffisamment crédibles pour que des entreprises telles que les Chemins de fer italiens ou même la SNCF les étudient de près. Dans cette perspective, les deux compagnies ont signé des accords de partenariat avec Nevomo. Pour la SNCF, trois axes de recherche ont été ciblés : l'amélioration de la performance des trains de marchandises en permettant des chargements plus importants, l’augmentation de la capacité de lignes urbaines de voyageurs congestionnées et l’évaluation de MagRail comme système de propulsion alternatif pour les lignes rurales en combinaison avec des véhicules légers. De fait, la question se pose effectivement de savoir si les trains continueront éternellement d'avoir des roues et de se déplacer exclusivement sur des rails. Pour quelques dizaines d'années encore, certainement que oui, mais au-delà, les progrès de la sustentation magnétique, qui aujourd'hui est sans doute encore très imparfaite et beaucoup trop coûteuse à déployer à grande échelle, pourraient provoquer bien des bouleversements dans le domaine des transports sur rails, et on aurait sans doute tort de ne pas vouloir regarder ce qu'il se passe de ce côté-là, même si cela risque de remettre profondément en cause notre conception du chemin de fer. Mais rassurez-vous, d'ici à ce que ces changements se fassent sentir, on aura encore bien des occasions de reparler de trains bien ancrés sur leurs rails. Alors, en attendant de vous retrouver un de ces prochains jeudis sur cette chaîne, je vous propose de voir ou de revoir cette autre vidéo qui traite plus en profondeur de l'un des sujets évoqués dans celle-ci : l'Aérotrain, le rêve inachevé de Jean Bertin.