Trains Maglev: un aimant supraconducteur sans système de refroidissement

Publié par Adrien le 19/07/2010 à 00:00
Source: BE Japon numéro 546 (16/07/2010) - Ambassade de France au Japon / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /64065.htm
Illustration: Wikipédia
L'Institut Technique de Recherche Ferroviaire (RTRI) a annoncé le 30 juin 2010 avoir terminé le développement d'un nouvel aimant supraconducteur à haute température destiné au train à sustentation magnétique (MAGLEV). De petite taille, il peut fonctionner pendant 9 heures (L'heure est une unité de mesure  :) sans système de refroidissement.

Depuis 1962, le Japon travaille au développement d'un train (Un train est un véhicule guidé circulant sur des rails. Un train est composé de...) à sustentation magnétique (appelé MAGLEV - MAGnetic LEVitation), dans le but de s'affranchir des frottements entre les roues (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par...) et les rails des trains classiques et ainsi d'atteindre la vitesse commerciale (La vitesse commerciale d'un moyen de transport en commun est sa vitesse moyenne utile à l'usager.) de 500 km/h. Le train est actuellement détenteur du record mondial de vitesse (On distingue :) pour un système ferroviaire (581 km/h). Cependant, bien que le rapport annuel publié en 2005 par le Comité d'Evaluation des Technologies Nécessaires au Déploiement du Train à Sustentation Magnétique conclut que le train est technologiquement prêt à fonctionner, de nombreux efforts de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) restent à fournir pour réduire les coûts très élevés de construction, d'exploitation et d'entretien, et ainsi pouvoir ouvrir une première ligne entre Tokyo et Nagoya (Nagoya (????; -shi) est la quatrième plus grande et la troisième plus prospère des villes du...) au plus tôt en 2025.


Principe de propulsion du train Maglev

Le train à sustentation magnétique japonais fonctionne avec un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) linéaire synchrone. Le train dispose de bobines magnétiques positionnées le long de la rame avec les pôles Nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) et Sud (Le sud est un point cardinal, opposé au nord.) disposés alternativement de l'avant vers l'arrière du train. Des bobines de propulsion sont situées tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) le long de la voie. Elles sont alimentées en courant alternatif (Le courant alternatif (qui peut être abrégé par CA, ou AC, pour Alternating Current...) dont la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) est asservie à la vitesse du train. Ainsi chaque bobine voit ses pôles s'inverser de manière à ce qu'elle repousse la bobine du train qui vient de passer (Le genre Passer a été créé par le zoologiste français Mathurin Jacques...) devant elle et attire celle qui vient vers elle. Toutes les forces exercées sur le train concourent ainsi à le propulser dans le même sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but...). Le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) du train induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) alors un courant électrique (Un courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge...) dans les bobines de sustentation situées au sol. Quand le champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux...) de ces dernières devient suffisamment important, c'est-à-dire quand le train dépasse les 100 à 150 km/h, celui-ci lévite de 10 cm du fait de l'interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein...) entre les bobines situées à bord du train et au sol.

Les aimants embarqués par le train sont des bobines supraconductrices. Autrement dit, elles sont maintenues à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) très basse pour supprimer leur résistance électrique. Par conséquent, toute variation d'un champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique (ici celui des bobines situées au sol) induit dans les bobines embarquées un courant qui n'est pas amorti et qui créé un champ magnétique, et ce sans apport extérieur de courant.

Les premières bobines étaient constituées de niobium-titane et fonctionnaient à une température de 4 K (Le 4K est un format de définition d’image, principalement utilisé pour le...), ce qui nécessitait des structures de refroidissement compliquées à base d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) et d'azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de...) liquides. Par la suite, les chercheurs du RTRI et Toshiba entre autres ont développé des bobines supraconductrices à haute température (20 K) qui autorisent une simplification des systèmes de refroidissement et donc une économie de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la...) et d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...).

Le nouvel aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le...) développé par le RTRI possède des bobines en yttrium (L’yttrium est un élément chimique, de symbole Y et de numéro atomique 39....). Leur supraconductivité (La supraconductivité (ou supraconduction) est un phénomène caractérisé par...) est maintenue même à la température "élevée" de 50 K. Le champ magnétique au coeur de la bobine est de 2 T à 30 K et de 1 T à 50 K, des valeurs qui sont de l'ordre des champs des aimants actuellement montés sur la rame d'essai MLX01. Par ailleurs, les bobines sont enfermées sous vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) dans une coque qui maintient une température inférieure à 50 K pendant 9 heures (avec une température de départ de 20 K). Cette caractéristique pourrait permettre à l'avenir de ne pas embarquer à bord du train les systèmes de refroidissement des aimants, la durée de préservation de la température étant bien supérieure à celle du parcours prévue entre Tokyo et Osaka (une heure). Le communiqué ne précise pas si ces aimants seront montés et testés sur le MLX01.
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