Comment fonctionne le train à lévitation magnétique Maglev ?
Pour permettre au Maglev d'entrer en lévitation et d'être propulsé grâce à l'électromagnétisme, les ingénieurs disposent de deux méthodes :
- la sustentation magnétique (EMS) ;
- la répulsion électrodynamique (EDS).
La sustentation magnétique (EMS)
Le premier principe consiste à équiper le train de deux électroaimants qui s'enroulent autour de chaque côté du rail de guidage.
Ces électroaimants interagissent alors avec des barres de fer laminées placées dans le rail de guidage. Cette action soulève le train d'un centimètre au-dessus de la voie.
Toutefois, ce système présente un inconvénient majeur : il est soumis à d'importants problèmes de stabilité. En effet, il faut constamment surveiller la distance entre les électroaimants et le rail de guidage, ajustée par ordinateur, afin d'éviter tout risque de collision avec le rail.
La répulsion électrodynamique (EDS)
Le second principe utilise la force de répulsion existant entre les aimants supraconducteurs du véhicule et des bandes ou bobines conductrices situées dans le rail de guidage. Ces aimants sont fabriqués à partir d'un alliage de niobium et de titane. Chacun d'eux est maintenu à une température constante de -269 °C ! Cela permet aux aimants de conserver leur état supraconducteur et donc de n'opposer aucune résistance au passage du courant électrique.
Les aimants se présentent sous forme de bobines regroupées par quatre dans un réservoir contenant de l'hélium liquide. Ces réservoirs, abrités par des bogies, sont situés entre les wagons du Maglev. Pesant chacun 1,5 tonne, ils créent sous le train un champ magnétique de 4,23 Tesla, soit une force de lévitation de 98 kilonewtons (environ 10 000 kg) !
Le rail de guidage et le système de propulsion linéaire
Le Maglev circule sur un rail en forme de « U » équipé de trois couches de bobines alimentées en électricité par des sous-stations disposées le long de la ligne :
- la première couche assure la lévitation ;
- les deux autres couches assurent la propulsion.
À l'intérieur des bobines passe un courant induit qui leur permet de fonctionner comme des électroaimants. Au passage du train, ils créent un système de forces d'attraction et de répulsion permettant au train non seulement d'avancer, mais également de rester parfaitement maintenu au centre du rail de guidage, à plus de 10 centimètres de hauteur.
En réalité, la propulsion est assurée par un moteur linéaire synchrone à stator long qui génère des forces longitudinales. Ce moteur comprend des bobinages triphasés disposés sur la voie et des électroaimants installés sur le véhicule.
La vitesse du train varie en fonction du courant alternatif envoyé dans les bobinages de la voie.
Les limites techniques du Maglev
Cependant, un problème subsiste : en dessous de 100 km/h, la fréquence du courant d'alimentation est abaissée. La lévitation n'est alors plus possible. Le train roule donc sur des pneus du même type que ceux des avions.
Le système de freinage utilise quant à lui de simples freins à disque dont il faut actuellement vérifier l'efficacité. Une des solutions envisagées serait l'utilisation d'aérofreins, sorte de parachute pour train.
Maglev japonais vs allemand : deux technologies comparées
Pour le Maglev japonais, c'est le deuxième principe qui a été retenu par les ingénieurs, car il possède un atout de taille par rapport à la méthode de sustentation magnétique : la stabilité.
Mais le Japon a été le seul pays à mener des recherches sur les trains à lévitation magnétique en choisissant la supraconductivité. En effet, l'Allemagne a préféré opter pour le principe de sustentation magnétique, qui semble porter ses fruits au niveau commercial.