Maglev SC de deuxième génération : une technologie prometteuse qui n’a pas encore vu le jour

Contrairement aux trains conventionnels, un train Maglev n’a pas besoin de roues, mais est en lévitation magnétique et propulsé le long d’une voie de guidage. Bien qu’elle semble futuriste, cette technologie a fait ses preuves au Japon et il existe même un projet de construction d’un train Maglev aux États-Unis, basé sur la technologie Maglev supraconductrice (SC). Cependant, une version plus récente de la technologie de lévitation est en cours de développement et présente des avantages importants, explique James Jordan, qui préconise depuis longtemps ce système aux États-Unis, qui pourrait atteindre des vitesses de croisière d’environ 529 kilomètres par heure (325 mph).

La caractéristique unique et l’avantage le plus important du Maglev supraconducteur de deuxième génération, ou Maglev 2000, est qu’il peut être exploité sur des voies ferrées existantes grâce à la technologie brevetée Maglev Emplacement on RailRoad Infrastructure (MERRI). Maglev 2000 fixe de minces panneaux de boucles d’aluminium aux traverses des voies de chemin de fer et de métro existantes. Selon M. Jordan, les coûts seraient relativement faibles : 4 millions de dollars par kilomètre de voie pour une voie à sens unique, et 8 millions de dollars par kilomètre pour une voie à double sens. « Il est important de noter que les voies adaptées n’interfèrent pas avec le fonctionnement des roues en acier conventionnelles. Il s’agit d’une voie de transition importante permettant des opérations intermodales pour les propriétaires et les exploitants d’infrastructures ferroviaires à roues en acier », déclare M. Jordan.

Pour les opérations actuelles utilisant la lévitation magnétique, telles que le Chuo Shinkansen que le Japon construit entre Tokyo et Osaka pour les trains Maglev de la série L0, une infrastructure entièrement nouvelle doit être construite, qui est physiquement complètement séparée. La vision de Maglev 2000, explique M. Jordan, est celle d’une structure surélevée utilisant un guidage monorail, qui se connecte également aux gares existantes grâce à des voies ferrées adaptées. Les trains conventionnels pourraient continuer à emprunter les voies après la mise en service des véhicules Maglev 2000, moyennant une programmation appropriée. Il s’agit du même principe que celui pour lequel la start-up polonaise Nevomo développe également une technologie.

« Il convient de noter que l’utilisation de trains à grande vitesse (TGV), comme ceux qui circulent en Europe et au Japon, nécessiterait de nouvelles infrastructures aux États-Unis », explique M. Jordan. Il estime qu’il serait plus économique de passer directement des systèmes actuels d’Amtrak au SC Maglev de deuxième génération. Le nom Maglev 2000 a été choisi parce que les inventeurs du Maglev supraconducteur, James Powell et Gordon Danby, ont reçu la prestigieuse médaille Franklin pour l’ingénierie en l’an 2000.

Une société souhaite actuellement construire une ligne maglev aux États-Unis, appelée The Northeast Maglev (TNEM), qui relierait à terme Washington D.C. à Boston, via Baltimore et New York. Cette ligne utiliserait la même technologie que celle actuellement utilisée au Japon sur le Chuo Shinkansen. Cependant, aux yeux de la Jordanie, il s’agit également d’une occasion manquée de mettre en œuvre la prochaine génération de technologie Maglev, qui présenterait plusieurs avantages.

Opposition et faible développement

« Un système de transport à sustentation magnétique aurait déjà pu être mis en place en Amérique, sans l’opposition du secteur des transports et de l’énergie et de ses intérêts, qui craignent le développement », affirme M. Jordan. En 1992, le Sénat américain a adopté une loi prévoyant un programme de recherche et développement de 750 millions de dollars pour la mise au point d’un système Maglev américain. Le sénateur Daniel Patrick Moynihan, président de la commission de l’environnement et des travaux publics, a obtenu gain de cause et a envisagé la construction du réseau national Maglev sur le droit de passage le long des autoroutes interétatiques américaines.

Powell et Danby, les inventeurs de la lévitation magnétique supraconductrice, étaient co-présidents du Comité consultatif sur la technologie Maglev (MTAC) du sénateur Moynihan, qui a fourni des informations au sénateur et à sa commission. Cependant, la commission des transports de la Chambre des représentants a refusé de tenir des auditions sur la législation du sénateur Moynihan, et le projet de loi n’a pas été adopté par le Congrès. Selon M. Jordan, des intérêts bien établis dans le domaine des transports ont fait pression contre le financement de cette recherche et développement vitale.

« S’il avait été adopté, le réseau Maglev aurait pu être achevé à l’heure actuelle », affirme M. Jordan. Depuis 1992, d’autres pays ont commencé à construire des systèmes Maglev, notamment le Japon, la Chine et la Corée, et de nouveaux développements ont vu le jour en Pologne, en Inde et en Italie.

La nouvelle génération

Les systèmes Maglev de première génération se déplacent sur des configurations de voies de guidage fixes, c’est-à-dire du même type pour l’ensemble de l’itinéraire parcouru. En revanche, les véhicules Maglev 2000 peuvent circuler sur des voies de guidage monorail ou planaires. Les trains Maglev 2000 pourraient passer de voies de guidage surélevées à des voies existantes adaptées, ce qui signifie que dans les zones très peuplées où il existe déjà un réseau ferroviaire conventionnel, il n’est pas nécessaire de construire des voies de guidage surélevées coûteuses et perturbatrices. Dans les régions urbaines ou suburbaines, les véhicules Maglev 2000 circuleraient sur des voies ferrées existantes qui ont été adaptées aux opérations Maglev, avec des panneaux en boucle en aluminium, minces et peu coûteux, fixés aux traverses, permettant aux véhicules Maglev 2000 de se déplacer en lévitation, explique M. Jordan.

Grâce à la configuration de la voie de guidage planaire, les véhicules Maglev peuvent passer électroniquement et à grande vitesse de la ligne principale surélevée à une voie de guidage secondaire qui mène à une station conventionnelle adaptée hors ligne pour le déchargement et le chargement. Lorsque le véhicule s’approche de la section d’aiguillage, la voie de guidage monorail devient plane et le véhicule quitte alors électroniquement la voie de guidage surélevée. Il entame alors une descente lente et progressive de la section de guidage planaire surélevée jusqu’à la voie ferrée adaptée à la pente. À partir de là, le véhicule glisse à vitesse réduite jusqu’à la gare ferroviaire ou au terminal routier.

Cette capacité permet au système Maglev 2000 d’avoir beaucoup plus de stations que les systèmes Maglev de première génération ou les systèmes ferroviaires à grande vitesse qui nécessitent des aiguillages mécaniques à faible vitesse, explique M. Jordan. Les véhicules Maglev 2000 pourraient contourner à grande vitesse les gares où ils ne sont pas censés s’arrêter, pour ne s’arrêter qu’aux gares prévues dans leur programme.

Maglev supraconducteur

La technologie du Chuo Shinkansen japonais et celle du maglev de deuxième génération utilisent toutes deux le maglev supraconducteur, également appelé SC Maglev. La supraconductivité est un phénomène de résistance électrique nulle dans certains matériaux lorsqu’ils sont refroidis en dessous d’une température critique. De puissants aimants supraconducteurs sont également utilisés dans les scanners IRM et dans le Grand collisionneur de hadrons en Suisse, où la particule de Higgs a été découverte.

Les aimants sont refroidis à 30 degrés Kelvin (-243 degrés Celsius) et sont entourés d’une isolation thermique multicouche pour réduire la perte de froid. La praticité et la consommation d’énergie de ces aimants sont souvent remises en question, mais les aimants sont « extrêmement fiables et les besoins en énergie pour les refroidir sont minimes », selon M. Jordan et le livre « Maglev America ».

La puissance frigorifique totale d’un véhicule Maglev équipé de 16 aimants quadripolaires supraconducteurs est estimée à environ 10 kilowatts par heure. Le ménage américain moyen consommera 30 kilowatts par jour en 2020, soit 14 407 kWh par an. Le nom Maglev 2000 a été choisi parce que les inventeurs du Maglev supraconducteur, Jim Powell et Gordan Danby, ont reçu une médaille Franklin pour l’ingénierie en l’an 2000.

La force magnétique des aimants supraconducteurs permet de laisser un espace important entre le véhicule et le rail, de l’ordre de 10 à 15 centimètres (4 à 6 pouces). Les aimants supraconducteurs du véhicule Maglev induisent des courants dans une séquence de boucles d’aluminium indépendantes situées le long de la voie de guidage. Les panneaux interagissent magnétiquement et repoussent les aimants inductifs du véhicule, ce qui le fait léviter. Lorsque le courant alternatif passe dans le panneau de la boucle d’aluminium sur la voie de guidage du monorail ou dans les panneaux installés le long de la voie ferrée conventionnelle, le véhicule est propulsé par la fréquence du courant alternatif (CA). « La vitesse du train est en fait fonction de l’aérodynamisme ou de la résistance de l’atmosphère », explique M. Jordan.

Capacités multimodales

Par ailleurs, la deuxième génération est le seul système maglev capable de transporter à la fois des camions et des passagers, selon M. Jordan. En effet, les aimants, appelés aimants de deuxième génération à géométrie quadripolaire développés par Powell et Danby, sont plus puissants et il a été constaté que la force magnétique frange externe se dissipait rapidement et ne dépassait pas les niveaux de fond de la Terre.

Cela signifie que les passagers des véhicules Maglev 2000 ne seront pas soumis à un champ magnétique supérieur au champ ambiant de la Terre. Ces aimants peuvent donc être placés sur toute la longueur d’un véhicule Maglev 2000, ce qui n’est pas le cas du système Maglev japonais de première génération. « Les avantages pour la performance des futurs systèmes logistiques sont étonnants », déclare M. Jordan.

Aller de l’avant

Selon M. Jordan, un investissement initial de 30 millions d’euros est nécessaire pour tester le Maglev intermodal de deuxième génération à plus grande échelle. Cette somme permettra de développer, de tester et de valider rapidement la technologie MERRI (Maglev Emplacement on RailRoad Infrastructure), qui est une priorité à court terme, et de réaliser un projet de démonstration de levage de camions pour montrer la capacité de Maglev2000 à « changer la donne en matière de transition vers une solution intermodale ».

L’équipe de développement poursuivra également l’utilisation de supraconducteurs à haute température et de cryoréfrigérants avancés, qui réduiront encore les coûts d’exploitation du SC Maglev. « Cela permettra d’améliorer encore la technologie et d’en faire le système de transport de surface à grande vitesse le plus économique, le plus viable, le plus sûr, le plus fiable, le plus silencieux et le plus « vert » au monde », explique M. Jordan.

L’objectif à plus long terme est d’établir un centre d’essai qui se concentrera sur la recherche et le développement du Maglev supraconducteur et sur les démonstrations technologiques, en coopération avec les agences chargées de l’élaboration des normes techniques. Afin d’obtenir des investissements privés essentiels, l’équipe de M. Jordan propose de réaliser un prototype de démonstration à grande échelle sur un tronçon adapté de voie ferrée conventionnelle afin de valider le succès du mode MERRI (compatible avec les rails).

« Cette démonstration fournira les données définitives sur les coûts et les performances afin de déterminer si les capacités uniques d’exploitation en mode monorail et en mode de guidage planaire, ainsi que la commutation électronique – qui est essentielle à la compétitivité de ce système – peuvent tenir leurs promesses : répondre aux problèmes de congestion, de sécurité et de résilience de nos systèmes logistiques de surface et de passagers, ainsi qu’aux objectifs environnementaux d’émissions zéro, avec un minimum de perturbations et à un prix abordable. »

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