Grande vitesse • Transport urbain • Technologie • Maglev
➤ À retenir : Évolution de la technologie – Matériel roulant – Économie du concept
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Note : cette page est à usage exclusivement didactique. Elle ne se subsitute pas à la page officielle des entreprises exploitantes ni celles du ou des constructeurs.
👉 (English version)
Introduction
Alors que le monde entier regarde les projets d’Hyperloop avec circonspection, il est utile de se pencher sur une autre technologie ferroviaire : la sustentation magnétique, que l’Europe semble avoir définitivement oublié…
La technologie Maglev – Magnetic Levitation -, est un concept où le train fonctionne sur un champ magnétique. Les principes de base, deux aimants qui s’opposent, était connue déjà au XIXème siècle. Le train à sustentation magnétique n’aura une application réelle qu’à partir des années 60. Il ne signifie pas spécifiquement train à grande vitesse. En 1984, à Birmingham, un train opérait en monorail sur une section de voie surélevée d’environ 600m entre l’aéroport de Birmingham et la gare de Birmingham International Railway, à une vitesse pouvant atteindre 42 km/h. Mais cet unique exemplaire britannique fut fermé en 1995 en raison de problèmes de fiabilité.
Dans la grande majorité des cas cependant, le train à sustentation magnétique reste bien étudié dans le cadre de la grande vitesse ferroviaire, qui semble être sa raison d’être. C’est pourquoi cette technologie fut encore proposée lorsque la Grande-Bretagne lança les consultations préliminaires en vue de rechercher quel type de train relierait Londres au nord du pays. Le Maglev fut rapidement écarté du fait des grandes incertitudes quant à sa maîtrise technique et financière, au profit d’une ligne à grande vitesse classique, la HS2. Après l’échec et l’arrêt des essais en Allemagne, il n’y a plus de projet de ce type en Europe. En revanche, le Maglev, train à sustentation magnétique, est maintenant actif dans six endroits d’Asie, le seul continent qui y croit encore. C’est l’occasion d’analyser cette technologie plus en détail.
Actuellement, il est possible de goûter aux plaisirs de la sustentation à ces endroits bien loin de l’Europe. On notera que ces quelques exemples sont souvent des transports locaux :
Shangaï – Chine
2002 – …
Nagoya – Japon
2005 – …
Changsha – Chine
2016 – …
Séoul – Corée du Sud
2016 – …
Projets en cours ou à venir
Japon
… – …
(développé en Allemagne)
… – …
Une brêve histoire de la sustentation magnétique
Dans les années 1750 déjà, John Mitchell découvrait que des aimants se repoussaient lorsque les mêmes pôles se rappro-chaient. Ce phénomène bien connu ne fut discuté au niveau transport que 150 ans plus tard, vers 1900. Emile Bachelet et Frank Goddard imaginaient alors un véhicule capable de se déplacer par lévitation magnétique, mais aucun plan ne fut dressé pour concevoir ce projet. En 1922, l’allemand Hermann Keper a commencé des recherches sur la lévitation magnétique en construisant un circuit de travail et reçu à cette fin un brevet du Reich en 1933. À la fin des années 40, un ingénieur de l’Imperial College à Londres, Eric Laithwaite, développa le tout premier modèle fonctionnel de moteur linéaire à induction.
Les années 50/60 sont intéressantes à plus d’un titre : après 140 ans d’années en traction vapeur, le train s’interrogeait sur le futur de sa technologie, alors que l’aviation et l’automobile déclinaient des progrès importants. Les réseaux européens recherchaient à la fois plus de puissance et plus de vitesse, et optèrent pour une technologie plus traditionnelle et moins disruptive : l’électrification par caténaire aérienne. L’Amérique des années 60 est celle des programmes Apollo et de la conquête de l’espace. Le train n’est plus le mode technologique aussi attractif qu’il ne l’était auparavant.
Cependant, à l’autre bout de l’Asie, le Japon étudie déjà la technologie Maglev dès 1962, alors que le pays inaugure déjà en 1964 le premier train à grande vitesse au monde à l’aide de la technologie ferroviaire classique rail-roue, mieux maîtrisée. En 1969, le pays commence divers tests avec le HSST (High Speed Surface Transport).
Pendant ce temps dès 1966 aux États-Unis, la technologie Maglev fait de nouveau l’objet de recherches par deux physiciens du Brookhaven National Lab (Long Island). James Powell et Gordon Danby publièrent un article sur la technologie des supraconducteurs dont la puissance permet de soulever des véhicules lourds “de type ferroviaire”. Ils obtinrent en 1968 un brevet officiel mais en dépit d’efforts considérables en matière de promotion, la technologie Maglev n’intéressa que peu de monde aux États-Unis.
En Grande-Bretagne, Eric Laithwaite, devenu professeur de génie électrique lourd à l’Imperial College en 1964, poursuivit avec succès le développement du moteur linéaire. Au début des années 1970, Laithwaite découvrit un nouvel agencement d’aimants permettant à un seul moteur linéaire de produire à la fois une poussée avant et arrière, permettant à un système maglev d’être construit avec un seul jeu d’aimants. Travaillant à la British Rail Research Division à Derby, avec des équipes de plusieurs firmes de génie civil, le système «à flux transversal» fut développé en un système fonctionnel.
C’est finalement l’Allemagne qui prend le lead de la technologie Maglev. Des développements étaient entrepris avec le concepteur d’avions Ludwig Boelkow chez MBB et Krauss-Maffei. En 1967, Stefan Hedrich fonda la Society for Railway Technology Innovation, dans laquelle chercheurs et entreprises s’engagaient à coordonner le développement du train Maglev. En 1969, le gouvernement fédéral allemand commanda une étude pour examiner l’utilisation possible de la technologie de lévitation magnétique. Thyssen Transrapid obtiendra par la suite un contrat.
La société MBB (aujourd’hui Airbus Group), présenta un démonstrateur de transport de passagers le 6 mai 1971 à Ottobrunn près de Munich, lors de l’Exposition, et on peut le considérer comme étant le Transrapid 01. La même année, la société Krauss-Maffei présentait le Transrapid 02 sur sa propre piste d’essai à Munich-Allach, donnant ainsi naissance au nom de tous les véhicules suivants. En 1972, les sociétés AEG-Telefunken, Brown, Boveri et Siemens développèrent un prototype EET 01 avec des bobines supraconductrices, qui fut testé sur un chemin circulaire de 900 m de long à Erlangen.
Après les résultats des tests favorables au système de lévitation électromagnétique, le Transrapid 02 a été exposé au salon EXPO Paris du 4 au 9 juin 1973. On tente alors une autre technique au travers du Transrapid 03, avec le développement d’un véhicule à coussin d’air propulsé par un moteur linéaire. Le coussin d’air fonctionne comme sur les aéroglisseurs pour garder le train au-dessus du sol. Cette technologie s’est avérée très inefficace et trop bruyante et fut rapidement abandonnée. Le successeur du Transrapid 02 fut donc le Transrapid 04 qui reprenait la lévitation comme initialement. En 1974, Thyssen Henschel (aujourd’hui ThyssenKrupp AG) et la TU Braunschweig développèrent la technologie à stator long. En 1980, commençaient la construction de la fameuse piste d’essai surélevée de Lathen, dans l’Emsland.
Développements en Grande-Bretagne
Des développements étaient aussi en cours en Grande-Bretagne, avec la construction en 1970 d’une voie composée de plusieurs kilomètres de poutres en béton le long de la rivière Old Bedford, dans le Cambridgeshire.
Les britanniques parlaient volontiers ‘d’hovertrain‘ car il combinait justement ce que les allemands avaient tentés en 1973, le moteur linéaire et les techniques de l’aéroglisseur. Le but était de produire un système de train qui fournirait un service interurbain à 400 km/h avec – pensait-on avec beaucoup d’optimisme -, des coûts d’investissement réduits par rapport à d’autres solutions à grande vitesse. Il faut se replonger dans l’esprit du début des années 70, quand l’ hovertrain, avec son design de science-fiction et sa technologie inhabituelle, débarquait à un moment où les gouvernements et les ingénieurs du monde entier essayaient de trouver comment réinventer les voyages en train pour l’ère moderne. Cela alors que la France lance ses études de TGV avec la bonne vieille technique ferroviaire rail/roue, après avoir été un court moment en concurrence avec l’aérotrain de Bertin.
Il apparait déjà que la technique du moteur à induction linéaire (LIM) impose de construire une voie en forme de poutrelle en béton, donc une voie surélevée. Une section de 6,4km fut ainsi posée le long de la rivière Old Bedford et un premier test eu lieu en 7 février 1973, alors que des rumeurs annonçaient l’abandon imminent des projets de sustentation magnétique par le gouvernement britannique. Comme en France, au moment de la construction de cette piste d’essai, British Rail était de son côté bien avancé avec son Advanced Passenger Train (APT), suscitant un grand intérêt encore plus médiatique…
L’hovertrain fut officiellement abandonné une semaine après le test, alors que les allemands faisaient de même pour la technique de l’aéroglisseur (voir plus haut). L’engin RTV 31 a fini par être stocké à l’extérieur à l’Université de Cranfield pendant 20 ans avant d’être transféré au musée Railworld à Peterborough, où il se trouve aujourd’hui.
Le rêve d’un Maglev britannique n’était cependant pas terminé, grâce la navette de l’aéroport de Birmingham qui n’était plus de la même catégorie, et qui eut l’honneur d’être le premier Maglev commercial au monde. Des travaux de recherche financés par le gouvernement britannique au laboratoire de la British Rail Research Division à Derby orientèrent vers des solutions mieux maîtrisées sous forme de transport local à faible vitesse, s’éloignant donc de l’option de la grande vitesse. Des contrats furent attribués en 1981 à un consortium de GEC, Balfour Beatty, Brush et Metro-Cammell, sous le nom de «People Mover Group». Le système fut ouvert le 16 août 1984 sur voie de 600 mètres avec des modules «volant» à 15 millimètres du guidage. La ligne fonctionna avec succès pendant près de 11 années, mais des problèmes d’obsolescence de l’électronique et le manque de pièces de rechange lui firent perdre sa fiablilité. Il fonctionna jusqu’au 18 juin 1995, après quoi il fut remplacé par un système à câbles.
Avant de poursuivre plus loin cet historique, il convient de noter deux choses :
- D’une part de faire la différence entre des conceptions pour la grande vitesse et celles destinées au transport local à petite vitesse, souvent pour démonstration ou exploitation temporaire ;
- D’autre part de faire la différence entre les conceptions monorail sur voie de béton en T renversé et celle par rails de guidage latéraux.
Développements au Japon
En plein boom économique, le pays rêve aussi de faire du train autrement. Au début des années 1970, l’aéroport de Narita est en construction loin du centre-ville ce qui milita pour concevoir un transport d’accès indépendant. La compagnie aérienne Nippon Airlines étudia des systèmes de transport “novateurs” en accordant une attention particulière au chemin de fer à lévitation magnétique qui était en cours de développement en Allemagne. Plusieurs autres expérimentations eurent lieu, provenant plus curieusement du secteur aérien.
En 1975 débutent des expériences sur une ligne droite de 200m à Shinsugita, Yokohama. Un véhicule expérimental sans pilote, apppelé HSST-01 et entraîné par un moteur à induction linéaire y est testé. Cependant, l’accélération était insuffisante en raison de la limitation de la longueur totale de la ligne d’essai pour les tests de vitesse de 250 km/h ou plus. Vînt ensuite la construction d’une ligne expérimentale de 1.300 m sur Higashi-Ogijima, près de Kawasaki, où le HSST-01 enregistre un record avec 307,8 km/h en 1976. En 1979, des subsides gouvernementaux permettent d’étendre la ligne jusqu’à 1.600m avec des courbes et des pentes pour mieux représenter le relief. La phase d’expérimentation de Higashi-Ogijima prendra fin en mars 1981. Des successeurs au HSST-01 furent expérimentés mais dans une optique de trafic local.
Nous arrivons dans les années 80 avec des Maglev essentiellement expérimentaux qui sont davantage des engins de démonstration, à l’exception notable de Birmingham. Le grand rêve de l’engin à grande vitesse à mi-chemin entre l’avion et le train semble s’évanouir doucement et de nombreux gouvernements du monde ne financent plus de recherches en ce sens. Seule l’Allemagne s’y intéresse encore alors que la France lance le premier TGV le 27 septembre 1981.
Développements en Allemagne
L’Allemagne sait rapprocher ses entités industrielles et les faire travailler. Dès les années 1970, le ministère de la Recherche et de la Technologie avait associé MBB avec Krauss-Maffei sous le nom de Arbeitsgemeinschaft Transrapid-EMS, laquelle sorti en 1973 le Transrapid 04 à moteur linéaire qui atteignit 205,7 km/h, à la fin de 1975. Il devenait évident que le Transrapid avait besoin d’une voie d’essai plus conséquente. Le consortium Magnetbahn Transrapid est fondé en 1978 par la fusion de MBB, Krauss Maffei et Thyssen Henschel, qui rejoint le groupe.
L’objectif était une installation de test entièrement fonctionnelle pour amener la technologie de lévitation électromagnétique à la production en série. Cela tombe bien : l’Exposition internationale des transports est prévue à Hambourg en 1979. Sur une longueur de 908m, le Transrapid 05 nouvellement construit a pu transporter un total de 50.000 visiteurs à travers le parc des expositions à 75 km/h. C’était le premier train à lévitation magnétique au monde approuvé pour le trafic de passagers.
Le M-Bahn de Berlin
Le M-Bahn était un train Maglev local qui fut expérimenté à partir de 1984 dans ce qui était encore Berlin-Ouest. La première pierre du M-Bahn de Berlin fut posée en juin 1983 et les premiers voyages d’essai débutèrent en 1984, entre la station de métro Gleisdreieck et Kemperplatz. l’ensemble était développé par l’Université technique de Braunschweig et la société d’électricité AEG. Les premières voitures construites spécialement pour de M-Bahn arrivèrent en 1986 mais les premiers trajets n’eurent lieu qu’en août 1989, les passagers ne devant pas payer car le service était encore en test. En juillet 1991, le M-Bahn était intégré au système de transport public de Berlin. Les évènements consécutifs à la chute du Mur et l’arrivée d’une nouvelle coalition SPD à la tête du Land qui supprima la subvention de 7 millions d’euros accordée précédement rendirent le projet obsolète. L’ensemble fut démonté dans les années qui suivirent…
Le circuit de l’Emsland
L’Emsland Transrapid Test Facility (Transrapid-Versuchs-anlage Emsland, TVE), fut installé à l’ouest de Brême, pas très loin de la frontière néerlandaise. L’installation de 31,5km fut construite en deux phases de 1980 à 1987 par l’industrie avec le soutien du ministère fédéral de la Recherche. Elle comporte une ligne droite et deux boucles de retournement aux extrémités. Dans l’intervalle, le Transrapid 06 (télécommandé) roulait pour la première fois le 30 juin 1983. Ce projet allemandétait clairement le plus abouti de tout ce qui existait dans les années 80 et visait uniquement la grande vitesse, alors que le pays s’apprêtait à lancer ses ICE en technique rail/roue. En octobre 1984, le Transrapid 06 établissait un nouveau record de vitesse en atteignant 302km/h. L’achèvement complet de la voie d’essais permet de tester plus en avant le Transrapid. En juin 1993, le transrapid 07 pulvérise un nouveau record en atteignant la vitesse de 450 km/h. En 2000, l’installation d’essai a été présentée dans le cadre d’un projet régional Expo 2000. En 2005, le Transrapid 08 et la piste d’essai étaient approuvés pour une utilisation sans conducteur.
Mais le terrible accident de Lathen le 22 septembre 2006 pulvérisa l’optimisme de la sustentation magnétique, bien que ce terrible évènement qui fit 23 morts soit sans rapport avec la technologie Maglev elle-même. L’exploitation fut suspendue jusqu’en juillet 2008, après quoi un nouveau Transrapid, le 09, reçut l’agrément en juillet 2009. L’expiration du programme de 2005 – qui était valable 5 années -, annonça la fin de la fonction du site d’essais. L’État, le gouvernement fédéral et l’industrie acceptèrent une ultime exploitation de la route d’essai jusqu’en avril 2010. Il devenait acquit qu’une installation d’essai ne serait plus nécessaire pour les développements ultérieurs. Parmi les entreprises impliquées dans la construction du Transrapid, seule l’entreprise de construction Max Bögl, qui étudiait la construction de la voie, exprima sa volonté de participer au financement ultérieur de l’installation d’essai. Le démantèlement ne débuta qu’à la fin de 2019.
Développements en Chine
La ligne Transrapid à Shanghai est la première application commerciale du système Transrapid, basée sur les données nombreuses des essais de l’Emsland en Allemagne. Le 30 juin 2000, les gouvernements allemand (époque Schröder) et chinois signaient un accord pour mener une étude de faisabilité conjointe du Maglev Shanghai, impliquant les sociétés Max Bögl, Siemens AG, ThyssenKrupp Transrapid GmbH et Transrapid International GmbH & Co. En 2001, sur la base de l’étude de faisabilité, une première ébauche de conception du projet était achevée avec un accord sur le transfert de technologie. La ligne est inaugurée le 31 décembre 2002 et reste à ce jour le seul véritable projet commercial d’envergure.
Ailleurs, en Corée et au Japon, des projets sont en cours. Mais nous ne sommes plus là dans l’historique, plutôt dans le monde actuel. Les pages qui suivent relatent l’évolution actuelle… 🟧
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