Exact, mais ces trains appliquent banalement la répulsion électromagnétique, il faudra encore attendre pour un véritable supra conducteur digne de ce nom, car il faut bien dire qu'actuellement ce procédé bien que prometteur n'est pas très pratique.
Principe de fonctionnement du Maglev
Afin de permettre au Maglev d’entrer en lévitation et d’être propulsé grâce à l’électromagnétisme, les ingénieurs japonais disposent de deux méthodes :
- la sustentation magnétique
- la répulsion électrodynamique
Le premier principe consiste à équiper le train de deux électroaimants, qui s’enroulent autour de chaque côté du rail de guidage du train.
Ces électroaimants interagissent alors avec des barres de fer laminées placées dans le rail de guidage. Cette action soulève le train de 1 centimètre au-dessus de la voie.
Mais il faut remarquer que ce système possède un inconvénient important : il est soumis à de grands problèmes de stabilité. En fait, il faut constamment surveiller la distance entre les électroaimants et le rail de guidage qui est ajustée par ordinateur, afin d’éviter tout risque de collision avec le rail.
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 faits d’un alliage de niobium et de titane. Chacun d’eux est maintenu à une température constante de -269 °C ! Cela permet aux deux aimants de conserver leur état de supraconducteur 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 un force de lévitation de 98 kilonewton !
Le Maglev circule sur un rail en forme d’" U " équipé de trois couches de bobines alimentées en électricité par des sous-stations fixées 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 en 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 exactement maintenu au centre du rail de guidage et cela à plus de 10 centimètres de hauteur.
En fait, la propulsion est assurée par un moteur linéaire à stator long synchrone qui génère des forces longitudinales. Ce moteur comprend des bobinages triphasés disposés sur la voie et des électro-aimants installés sur le véhicule.
La vitesse du train varie en fonction du courant alternatif qui est envoyé dans les bobinages de la voie.
Mais pour ce système, 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 alors sur des pneus du même type que les avions.
Le système de freinage utilise quant à lui de simples freins à disques dont il faut actuellement vérifier l’efficacité. Une des solutions applicables serait l’utilisation d’aérofreins, sorte de paravent pour train.
Pour ce qui est du 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 effectuant des recherches sur les trains à lévitation magnétique à choisir la supraconductivité : en effet, l’Allemagne a préféré choisir le principe de sustentation magnétique qui semble porter ses fruits au niveau commercial.
La lévitation magnétique
Proprement parler, la lévitation est une élévation sans appui ni intervention matériel ou physique d’une personne au-dessus du sol. Tout le monde a déjà entendu parler des moines tibétains qui lévitent pendant leur méditation.
Mais plus sérieusement, la définition scientifique du phénomène est plus compréhensible. En physique, la lévitation est une technique permettant de soustraire un objet à l’action de la pesanteur par l’intermédiaire de différents procédés électrostatiques et électrodynamiques ou encore grâce à un faisceau laser, mais également par magnétisme.
Le théorème d'Earnshaw nous montre que la lévitation totale d'un corps dans un champ magnétostatique, c’est à dire les phénomènes concernant des aimants ou des masses magnétiques au repos, n'est possible qu'en présence de matériaux diamagnétiques, des substances qui, placée dans un champ magnétique, prennent une aimantation de sens inverse, donc qui sont repoussées par un aimant.
Mais si l’on se place hors des de ces hypothèses, on peut considérer la lévitation magnétique de manière différente.
Premièrement, on peut dire que tout corps posé à la surface de la Terre lévite à une distance microscopique du fait des forces électromagnétiques intermoléculaires.
Ensuite, il est possible de faire léviter des supraconducteurs ou d’autres matériaux diamagnétiques. À l’intérieur de ces matériaux, les électrons ajustent leur trajectoire de manière à compenser l’influence du champ magnétique extérieur, ce qui résulte en un champ magnétique induit étant d’une direction opposée au champ extérieur.
Enfin, il est possible de faire léviter un objet avec des aimants fixes.
La supraconductivité
La supraconductivité fut découverte en 1911 aux Pays-Bas par H. Kamerlingh Onnes.
Au début du siècle, on savait que la résistance des métaux chutait de façon quasiment linéaire avec la température, jusqu’à une vingtaine de degrés kelvin environ.
Mais Onnes constate qu’en refroidissant le mercure à très basse température, celui-ci passe subitement dans un état où il n’offre plus aucune résistance au passage du courant électrique : c’est le début de l’histoire de la supraconductivité.
La supraconductivité est un phénomène qui a lieu à des températures très basses et pour lequel un métal perd toute résistance électrique.
De ce fait, les courants électriques traversent les métaux sans aucune perte d’énergie.
Un courant peut ainsi circuler indéfiniment dans un circuit, du moment que ce circuit reste à une température inférieure à la température de transition (température en dessous de laquelle le matériau devient supraconducteur).
La plupart des températures de transition sont entre 1 et 10 Kelvins au-dessus du zéro absolu. Mais depuis 1986 , des matériaux ayant des températures de transition plus élevées ont été trouvés.
Aux températures ordinaires, les métaux ont une certaine résistance au flux des électrons, due à la vibration des atomes. Mais à mesure que la température diminue, ces atomes vibrent de moins en moins et la résistance baisse lentement jusqu'à la température critique : la résistance tombe à zéro.
Le lien avec le champ magnétique : l’effet Meissner
Lorsqu’on applique un champ magnétique à une substance supraconductrice à une température T supérieure à la température critique Tc, les lignes d’induction pénètrent dans l’échantillon.
Mais si l’on refroidit petit à petit cette substance, les lignes d’induction sont brutalement expulsées de la masse, à une certaine température critique Tc.
Au niveau extérieur, cela se traduit par le fait que le supraconducteur crée des courants de surface produisant un champ magnétique qui contrecarre le champ extérieur.
Il s’avère donc que les supraconducteurs sont des diamagnétiques parfaits (voir explications sur le diamagnétisme). Cet effet fut découvert par Meissner et Ochsenfeld, et garda le nom d’effet Meissner.
La lévitation et les supraconducteurs
Le champ induit repousse la source du champ appliqué, et va par conséquent repousser l’aimant associé avec ce champ. Cela implique que si un aimant est placé au-dessus d’un supraconducteur, quand le supraconducteur est au-dessus de sa température critique, puis qu’on le refroidit en dessous de la température critique Tc, le supraconducteur va alors repousser le champ magnétique de l’aimant.
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