Ils existent trains à sustentation magnétique, le Maglev, qui voyagent plus de 505km/h grâce à une technologie qui les fait léviter au dessus des rails, c’est à dire les maintient suspendus à 10 cm des rails sans les toucher. En bref, ils volent ! Tout cela grâce à un complexe système de champ magnétique qui, en exploitant la magie de la physique, permettent à ces trains de réduire la composante de friction, les rendant extrêmement rapides et efficaces. Il existe plusieurs modèles et prototypes Japon, Allemagne, Chine et Corée. Dans cet article, nous analyserons le fonctionnement et les caractéristiques du modèle japonais SC Maglev. Nous verrons comment il parvient à avancer, à se relever et à ne pas déraper, c’est-à-dire à ne pas toucher les guides latéraux.
Trains à sustentation magnétique Maglev : les bases de fonctionnement
Le modèle de train maglev sur lequel nous nous concentrerons dans cet article est leSC Maglev japonaisce qui signifie traduit Lévitation magnétique supraconductrice précisément parce qu’il utilise des aimants supraconducteurs pour se déplacer et voler. Le modèle japonais n’est cependant qu’un prototype, car même si les SC Maglev japonais existent déjà, ils ne sont pas encore sur le marché. La ligne qu’ils envisagent au Japon devrait être prête en 2030/2035 et relier Tokyo à Nagoya en 40 minutes. Mais comment fonctionnent-ils ?
En termes simples, cette technologie profite de aimants créer courants électriques Et champs magnétiques entre le train et les rails, de manière à pouvoir à la fois pousser le train vers l’avant et le soulever. En soi, le concept sous-jacent est également simple : nous savons tous que si nous disposons deux aimants – deux aimants – de pôles opposés, ils s’attirent. Mais si on les dispose avec les mêmes pôles proches, ils se repoussent. De cette façon, avec un aimant, nous pouvons pousser l’autre vers l’avant ou le soulever. C’est précisément la technologie utilisée par les trains à sustentation magnétique pour se déplacer et « voler ».
Avant de comprendre le fonctionnement de la technologie, nous devons poser une prémisse fondamentale. Les aimants que nous connaissons, les aimants, sont des aimants naturels qui, grâce au matériau dont ils sont constitués, génèrent un champ magnétique. Eh bien, ces trains n’utilisent pas d’aimants naturels, mais des aimants les électroaimants, Ça veut dire quoi bobines de matériau conducteur qui, s’ils sont traversés par un courant électrique – c’est-à-dire s’ils sont chargés – génèrent un champ magnétique, devenant ainsi des aimants grâce au courant électrique. Voyons donc comment ils fonctionnent.
Comment ils avancent : la propulsion
Commençons par le mécanisme qui permet à ces trains de avancer et concentrons-nous immédiatement sur le « moteur » de ces voitures, c’est-à-dire le électro-aimants en forme d’anneau positionné sur les côtés du train capable de générer un champ magnétique très intense et stable. Ces aimants sont placés à groupes de quatre et sont parcourus par courants qui tournent dans une direction alternée entre un aimant et un autre, de manière à générer quatre champs magnétiques dont les pôles sont orientés à l’opposé les uns des autres.
Désormais, les trains sont positionnés dans une sorte de récréation et sur les côtés de ce creux, dans ce qu’on appelle des guides, Les dieux y sont également disposés aimants en forme d’anneau et eux aussi sont traversés par des courants qui circulent en sens inverse, de manière à créer champs magnétiques opposés. Et nous savons que le Sud et le Nord s’attirent, tandis que le Nord avec le Nord ou le Sud avec le Sud se repoussent. Ainsi les aimants du train s’attirent avec le pôle opposé à l’avant du guide et se repoussent avec le même à l’arrière. Et une fois aligné, le courant des aimants sur les guides est inversé donc les champs magnétiques et le forces produits sont continuellement attractions avancées.
Là vitesse du train est contrôlé précisément avec le fréquence de ceux-ci commutateurs : plus le courant des électro-aimants de guidage s’inverse souvent, plus le train accélère. Et grâce à ce mécanisme, il est possible d’atteindre l’incroyable vitesse de 505km/h. Cela équivaudrait à peu près à faire Milan Florence en 40 minutes, ou – en considérant un itinéraire clair – cela signifierait Milan Reggio Calabria en deux heures et demie. C’est-à-dire toute l’Italie en deux heures et demie. En pratique, ce ne serait pas le cas car 505 km/h est la vitesse qu’ils atteignent lorsqu’ils sont pleinement opérationnels, mais au départ, à l’arrivée ou dans des zones spécifiques, la vitesse est nettement inférieure.
Ces vitesses incroyables sont également obtenues grâce au fait que le train ne touche pas le sol, c’est-à-dire réduit les frottements dus au contact avec le sol. Mais comment fait-il pour « voler » ?
La lévitation du train à 10 centimètres du sol
Ici aussi, le protagoniste absolu est le champ magnétique et le Bobines en forme de 8 qui ne sont pas facturés, mais simplement disposés le long du guides latéraux. Ici aussi, nous devons partir d’une prémisse, à savoir que, tout comme le courant électrique induit un champ magnétique, la variation du champ magnétique produit un courant électrique dans un circuit fermé. Et plus la variation est grande, plus le courant produit est intense.
La question est très compliquée, mais pour la simplifier autant que possible, je champs magnétiques généré par les aimants du train, traversant le bobines en huit, induire un courant électrique qui circule dans un sens dans l’anneau inférieur du 8 et en sens inverse dans celui supérieur. Cela génère à son tour deux cgros aimants orientés en sens opposés dans les deux anneaux du 8précisément à cause du fait que le courant circule dans des sens opposés dans les deux anneaux, qui sont disposés de telle sorte que le pôle inférieur de la bobine soit le même que celui du champ du train, tandis que le pôle supérieur est opposé. De cette façon, un force répulsive d’en bas et force attractive d’en haut. Et lorsque l’union de ces deux forces surmonte le force de gravitéle train soulève les gars, il se met à voler.
Et ici une précision doit être apportée : pour que les forces attractives et répulsives puissent combattre la force de gravitéle train doit avoir une certaine vitesse, pour que la variation du champ magnétique dont nous avons besoin soit suffisamment intense. À cause de ça, le train commence à léviter après 150 km/hil utilise d’abord de petites roues qui se rétractent ensuite, comme c’est le cas avec les avions.
Reste désormais la question de l’orientation. Comment font-ils pour ne pas déraper ?
Maintenir la direction
Essayer de simplifier au maximum, pour faire en sorte que le train ne touche jamais les guides latéraux bobines en huit des deux côtés du guide se trouvent reliés par des fils conducteurs. Lorsque le train est centré, les forces magnétiques à droite sont égales à celles à gauche, le système est en équilibre et tout va bien. Mais s’il se déplace légèrement vers l’un des deux côtés, par exemple vers sa gauche, les courants induits évoluent dans les deux « 8 », ils augmentent d’un côté et diminuent de l’autre.
Pour rééquilibrer le système,courant excessif d’un côté il passe à l’autre à travers les fils qui relient les deux bobines. Ce courant augmente la force magnétique répulsive dans la bobine gauche et augmente la force attractive vers la bobine droite. Le résultat est que le train est repoussé vers le centre. Bref, dès que le train dérape un peu, le système de câbles et de bobines génère des champs magnétiques qui, jouant les uns avec les autres, maintiennent le train dans la bonne direction.
La locomotive : des aimants supraconducteurs
Pour faire fonctionner ces trains ça demande beaucoup d’énergie pour produire des champs magnétiques très intenses. Sauf que pour produire un champ magnétique très intense, il faut fournir un courant électrique très intense, et cela chauffe fortement l’aimant. Pour résoudre ce problème, les aimants à bord du train ne sont pas n’importe quels aimants, mais aimants supraconducteurs.
Et qu’est-ce que cela signifie ? Cela signifie que je suis constitué de matériaux spécifiques – dans notre cas une ligue de niobium Et titane – Que en dessous d’une certaine température critique, ils éliminent presque complètement leur résistance électrique. Cela signifie qu’une fois qu’un courant électrique circule à l’intérieur, ce courant ne chauffe pas l’aimant. Et pas seulement : sans résistance électrique, c’est comme si le courant « n’avait pas de frottement » : il peut circuler pratiquement sans disperser d’énergie. De cette manière, le supraconducteur chargé parvient à générer un champ magnétique très intense, stable sans avoir besoin d’une alimentation continue. Cependant, il faut dire que le courant qui doit être fourni initialement est très élevé, mais pas seulement. Il faut également de l’énergie pour maintenir le système à des températures extrêmement basses. En fait, le prix à payer est que les supraconducteurs doivent être maintenus à une température très basse, c’est-à-dire -269°Csemblable à celui que l’on trouve dans l’espace, qui est obtenu grâce à un système de réfrigération à l’hélium liquide. Ainsi, l’énergie économisée en n’ayant pas à charger continuellement les aimants est utilisée pour les maintenir à la bonne température.
