La sustentation magnétique: application aux trains

Résumé du document

Ce document traite des trains à lévitation magnétique, véhicules utilisant des inducteurs « classiques » ou supraconducteurs. Peu bruyants, esthétiques et peu polluants, ils s'inscrivent dans les perspectives du développement durable.
On se demande tout d'abord comment créer des forces de lévitation tout en se souciant de la stabilité de l'interaction aimant/matériau ferromagnétique. La sustentation par induction exige des configurations particulières pour être stable. En revanche, on a vérifié que la sustentation par effet Meissner, seulement appliquée en modèle réduit, possède une position d'équilibre stable qui est mise en évidence. De nombreux pays se sont intéressés de près à l'étude et à la conception de véhicules à grande vitesse à sustentation magnétique, plus particulièrement l'Allemagne dans le projet TRANSRAPID et le Japon avec le MAGLEV (MAGnétically LEVitated systems) supraconducteur du 'Yamanashi Test Line'. Ils se différencient par les matériaux utilisés pour la sustentation, le principe étant le même : par induction. Les projets de trains utilisant un mode de lévitation par effet Meissner n'existent qu'à l'état de maquette. C'est la raison pour laquelle on trouvera en parallèle les données concernant la consommation, la pollution et le bruit de ces trains avec les autres moyens de transport à grande vitesse.

Extraits

[...] Cela correspond à la perte de son état supraconducteur à la suite de son réchauffement dans l'air. En effet, un matériau ne devient supraconducteur qu'en deçà d'une certaine température : La température critique. Dans ce cas, un dispositif de régulation thermique autour du matériau considéré est donc nécessaire pour qu'il conserve ses propriétés supraconductrices. Qu'en est-il de la stabilité de ce système d'interaction aimant/supraconducteur ? Si l'on vient écarter le supraconducteur de sa position d'équilibre, la pastille suit sont mouvement : le système est donc stable. [...]

[...] En présence de ce champ, les électrons, porteurs des charges électriques élémentaires q = - e dont le nombre par unité de volume est n sont soumis à une force électrique F = q E . Sous l'effet de cette force, ils subissent une accélération définie par la loi fondamentale de la dynamique = q E = m . Ils voient leur vitesse moyenne croître selon la loi linéaire : = E t. Aussi, en l'absence de toute autre force, la densité de courant j = n q croit linéairement et indéfiniment, ce qui est contraire à ce que l'on observe expérimentalement. [...]

[...] Ainsi, l'aimant de l'expérience proposée dans le paragraphe précédent (Lévitation d'un aimant sur une pastille supraconductrice YBaCuO réalisée au Palais de la Découverte) crée un champ magnétique qui est repoussé par le supraconducteur. La principale difficulté à utiliser ces propriétés réside dans le dispositif de refroidissement de ces matériaux, qui prend de la place et est coûteux. C'est sans doute la raison pour laquelle de mode de lévitation n'a pas encore été retenu par les industriels dans le cadre d'un train à lévitation magnétique. Peut-être faudra-t-il attendre des progrès en matière de système refroidissement des matériaux supraconducteurs ? III. Confrontation de plusieurs modèles de transports à grande vitesse A. [...]

[...] Je disposais d'un aimant constitué d'un alliage de Nickel et de Chrome de l'ordre de 103 Gauss (soit 0,2T) et d'une pastille supraconductrice YBaCuO. Tout d'abord, j'ai refroidi cette pastille à l'aide d'azote liquide dont la température de fusion est d'environ 77K pour qu'il acquiert ses propriétés magnétiques. Au delà de sa température critique, il se comporte comme un morceau de vide magnétique. J'ai placé ensuite l'aimant au dessus de la pastille. J'ai alors ressenti une force de répulsion mais le système n'était pas stable et l'aimant retombait. [...]

[...] La sustentation par induction exige des configurations particulières pour être stable. En revanche, j'ai vérifié que la sustentation par effet Meissner, seulement appliquée en modèle réduit, possède une position d'équilibre stable que j'ai mise en évidence. De nombreux pays se sont intéressés de près à l'étude et à la conception de véhicules à grande vitesse à sustentation magnétique, plus particulièrement l'Allemagne dans le projet TRANSRAPID et le Japon avec le MAGLEV (MAGnétically LEVitated systems) supraconducteur du 'Yamanashi Test Line'. Ils se différencient par les matériaux utilisés pour la sustentation, le principe étant le même : par induction. [...]