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104) 2020 : les trains du futur (première partie)

(cet article est tiré de nos archives, il date d’il y a 19 ans)

Train sans roues. Le mythe a-t-il encore un avenir…

Mis au point au Japon pour desservir la ligne Tokyo-Osaka, le Maglev utilise la technique de lévitation magnétique. Son accélération, trois fois supérieure à celle d’un train à grande vitesse conventionnel, lui permet, départ arrêté, d’atteindre les 450 km/h en seulement 90 secondes.

Voyagera-t-on toujours par notre bon vieux train en 2020 ? À l’évidence, la réponse est affirmative. Nul ne se hasarderait à prédire l’arrivée, d’ici là, d’un outsider susceptible de tailler des croupières au mode ferroviaire, lui qui allait engendrer au début des années 80 l’ère TGV, et dont beaucoup s’accordent à reconnaître qu’il sera bien le vecteur d’échange européen privilégié du XXIe siècle. Mais imaginons un instant qu’une question similaire, en l’occurrence relative aux trains de l’an 2000, ait été posée dans les années 60… La symbolique du changement de millénaire aidant, plus d’une personne interrogée aurait alors facilement répondu en délirant sur des visions ultra-futuristes, sans rapport aucun avec la réalité d’aujourd’hui. Car n’en déplaise aux inconditionnels de la science-fiction, l’aurore du XXIe siècle ne cautionnera pas l’illusoire et trop facile image d’un chemin de fer qui n’en serait plus un. L’esprit imagine volontiers des trains de demain aux allures de gigantesques chenilles automatisées en anneaux de plastique déformable, glissant à vitesse vertigineuse tout en épousant silencieusement le tracé d’une « voie » sans même l’effleurer, survolant ainsi des paysages rendus à la nature pour s’arrêter dans les banlieues du « meilleur des mondes » où le verre, le fer et la pierre auraient enfin abandonné toute coloration d’enfer…

De tels « super-trains » peupleront peut-être l’univers idéalisé d’une ultérieure décennie – la raison ne nous invite-t-elle pas à l’espérer ? –, mais nous ne les découvrirons pas aujourd’hui dans les cartons à dessins. De même que le « sensationnel » paraît avoir définitivement fait faux bond à l’an 2000, il est raisonnable d’extrapoler en pensant qu’il n’honorera pas davantage un hypothétique rendez-vous à l’horizon 2020. Faut-il en nourrir quelque déception ? Assurément non ! Car ce monde est ainsi régi que la concrétisation première du rêve en apparence le plus satisfaisant pour l’esprit ne traverse pas souvent le crible du jugement rationnel ultérieur. Tel fut, en son temps, le cas de l’aérotrain, au principe et à l’expérimentation primitivement alléchants, mais qui ne vit jamais le jour, bien que porté à bout de bras par son génial inventeur, l’ingénieur français Jean Bertin. À sa place, on construisit le TGV, qui deviendra le grand succès que l’on connaît… Avec le recul, il apparaît que l’aérotrain était sans doute une fausse bonne idée, arrivée déjà trop tard sur le marché. Les préoccupations écologiques d’aujourd’hui ne se seraient d’ailleurs jamais accommodées des nuisances sonores générées par un mode de transport terrestre qui, pour sa propulsion, faisait appel – tel un avion – au moteur à hélice ! Côté bilan énergétique, la facture, rapportée à la place offerte, aurait été lourde aussi. En revanche, l’aérotrain innova grandement en osant se passer de la roue. On allait donc pouvoir se déplacer sur terre, au ras d’une voie spécialement conçue, mais sans contact physique avec elle. L’homme inventa la roue parce qu’il comprit un jour que traîner au sol de lourdes charges, comme il le faisait auparavant, lui demandait vraiment beaucoup trop d’efforts. Plus les frottements sont importants, plus la dépense énergétique est élevée. Et l’énergie est d’autant plus mal employée qu’elle va se dissiper, pour une large part, en chaleur. L’invention-même du chemin de fer participe, au demeurant, de la simple prise en compte de ce principe de physique élémentaire. Le roulement « roue d’acier sur rail d’acier » est sans nul doute celui pour lequel on doit vaincre le moins de frottements. Du coup, il s’avère particulièrement économique en énergie. Une fois qu’un wagon est lancé, il ne s’arrête pas si facilement. À preuve, certaines dérives accidentelles, heureusement rarissimes, où des véhicules ferroviaires « inhabités » ont parcouru de nombreux kilomètres avant de parvenir à s’immobiliser. Toutefois, la médaille a son revers, qui s’appelle ici l’adhérence. Patinage (en traction) et enrayage (au freinage) sont les deux mamelles de l’adhérence roue-rail, dont on sait que les manifestations négatives peuvent être aujourd’hui parfaitement jugulées, grâce à l’apport de l’électronique et de l’informatique…

Concevoir un mode de transport terrestre s’affranchissant du roulement, c’était donc résoudre plus élégamment encore le problème de l’adhérence, et évacuer dans la foulée les limites physiques auxquelles elle conduit, en accélération comme en décélération. L’aérotrain s’inscrivait déjà dans cette logique. Mais ce qu’il n’avait pu réussir au regard de l’économie et de l’écologie, une autre technologie pouvait peut-être encore y prétendre : celle de la sustentation magnétique, dont l’idée vit le jour il y a une bonne trentaine d’années aux Etats-Unis. Là encore, on en revient au fameux mythe des chenilles épousant silencieusement le tracé d’une voie sans même l’effleurer…

D’accès encore formellement interdit, le poste de commande centralisé ne peut être photographié qu’à travers une vitre d’observation. © Philippe HÉRISSÉ/LVDR

Se carrant sur l’avion et l’automobile pour leurs transports intérieurs de voyageurs, les Etats- Unis n’ont jamais véritablement développé jusqu’au stade pré-opérationnel la sustentation magnétique, dont ils avaient eu pourtant l’intuition, et l’idée migra donc vers l’Allemagne (le Transrapid). En lice, ne reste ainsi, pour le moment, que le Japon. Pour pallier la saturation de l’axe ferroviaire Tokyo – Osaka, les Japonais construisent une nouvelle ligne dite « Chuo-line », par un itinéraire différent du précédent, et surtout conçue d’emblée pour la technologie Maglev (lévitation magnétique).

Prudents, ils s’étaient pourtant réservé, dès l’origine, la possibilité de reconvertir ultérieurement la plate-forme en infrastructure pour Shinkansen – leurs trains à grande vitesse –, au cas où la mise au point de ladite technologie s’avérerait par trop difficile… Mais cette dernière hypothèse semble toutefois s’être évanouie pour partie depuis que la commission de suivi du projet auprès du ministère des Transports japonais a reconnu que le système avait atteint le stade opérationnel, tout en demandant néanmoins un effort supplémentaire aux concepteurs en matière de réduction des coûts et de consolidation de la durabilité. Actuellement, 18,4 kilomètres de la future Chuo-line sont opérationnels dans la région de Yamanashi, et servent aux essais des deux trains à sustentation magnétique déjà construits. Le 14 avril 1999, l’un de ces trains a établi le record actuel à 552 km/h. Le 16 novembre de la même année, des essais de croisement se sont soldés par un nouveau record, cette fois en vitesse relative, à 1 003 km/h ! En pratique, c’est à environ 160 km/h que commence la lévitation des véhicules. En deçà de cette vitesse, ceux-ci roulent sur leur rail en U, un peu comme le ferait un avion avant le décollage, grâce à son train d’atterrissage. Le voyageur attentif repère le passage en lévitation par le changement de tonalité du bruit ambiant.

Au Centre d’essais de Yamanashi, le couloir d’accès au Maglev. © Philippe HÉRISSÉ/LVDR

L’accélération du Maglev est fulgurante. Trois fois supérieure à celle d’un train à grande vitesse conventionnel, elle permet, départ arrêté, d’atteindre les 450 km/h en seulement 90 secondes ! Pour l’avoir essayé, on ne peut qu’être très favorablement impressionné par une telle performance, d’autant que la stabilité et le confort dynamique des véhicules semblent tout à fait satisfaisants, tandis que le bruit perçu à l’intérieur demeure d’un niveau très raisonnable, malgré une lévitation en tunnel sur 80 % de l’essai. Enfin, l’étanchéité aux ondes de pression ne peut visiblement susciter la moindre critique… Avec de telles accélérations, on imagine, bien sûr, l’intérêt fantastique de cette nouvelle technologie sur des missions à arrêts fréquents. Cela dit, l’absence de frottements mécaniques suppose le maintien en lévitation électromagnétique des véhicules à quelque 10 cm de la voie. Et pour l’obtenir, on peut penser qu’il faille encore au moins trois fois plus d’énergie que sur un train conventionnel. Toute la question des prochaines années va donc se résumer à trouver des parades techniques pour tenter de réduire le différentiel de consommation énergétique.

D’un autre côté, le record mondial de vitesse sur rail, établi par le TGV français à 515,3 km/h, a clairement démontré que, même à pareille vitesse, les limites physiques du contact roue-rail étaient encore loin d’être atteintes.

Le train conventionnel n’a donc pas dit, loin s’en faut, son dernier mot. Il pourrait ainsi venir mordre dans le domaine des vitesses pour lesquelles la sustentation magnétique avait été originellement définie. Sans oublier qu’à très grande vitesse, ce sont les phénomènes aérodynamiques qui deviennent prépondérants, et qui touchent alors indifféremment trains classiques et trains à sustentation magnétique. Et comme le train classique conservera toujours l’avantage d’une compatibilité de facto avec les réseaux existants, la partie est donc loin d’être jouée…

Philippe HERISSÉ

Aero Train. A tire d’ailes

Panneaux solaires et éoliennes fourniront l’énergie nécessaire à l’« aile volante » du professeur Kohoma. © Université TOHOKU

Utilisant l’énergie solaire et éolienne, l’Aero Train japonais « flotte » au-dessus de la voie grâce à ses ailes à effet de sol.

Il y a Aérotrain et Aero Train. Le premier était français et roulait, pardon, glissait sur un coussin d’air sans toucher la voie, propulsé par un turboréacteur. C’était dans les années 70 et son concepteur, Jean Bertin, n’imaginait pas un seul instant que son « enfant » puisse être la victime d’un autre nouveau venu : le TGV. Le second est japonais et entend sous peu concurrencer le Maglev. Son grand avantage sur son aîné français ? Un besoin en énergie bien moindre. « L’Aero Train consommera quatre à cinq fois moins d’énergie que le Maglev et au moins un tiers de moins que le Shinkansen », affirme le professeur Yasuaki Kohoma, directeur du Laboratoire de dynamique des fluides de l’Université Tohoku à Sendai.

En effet, comme le coussin d’air à soufflerie de l’Aérotrain Bertin, les puissants électro-aimants qui permettent au Maglev de « flotter » au-dessus de la voie exigent une dépense d’énergie énorme.

L’Aero Train, lui, compte essentiellement sur la technique des ailes à effet de sol pour s’élever d’une dizaine de centimètres. Une technique qui ne nécessite aucune énergie puisque reposant sur le seul phénomène de portance de l’air observé lors de déplacements à grande vitesse.

Outre la portance, les ailes servent au guidage de l’engin en venant s’appuyer sur les murets qui bordent la voie, et à son alimentation en électricité. De fait, les ailes font également office de pantographes en captant l’énergie répartie tout au long des murets et en la transmettant à des propulseurs à hélice. Cette énergie, et c’est là un autre atout de l’Aero Train, est obtenue uniquement à partir du soleil et du vent par le biais de panneaux solaires et d’éoliennes. Energie quasiment gratuite donc, et écologique. Yasuaki Kohoma estime d’ailleurs que les quantités stockées dépasseront largement les besoins du seul Aero Train – à terme, une rame de trois voitures d’une capacité de 324 places « roulant » à 500 km/h ne nécessitera qu’une puissance de trois à cinq mégawatts – et qu’elles pourront être utilisées à d’autres applications.

Une maquette de huit mètres de long avec deux paires d’ailes est actuellement testée, poussée par une camionnette pour la faire « décoller ». Des vitesses de l’ordre de 50 km/h auraient été atteintes. Elle sera suivie, d’ici 2003, d’un engin doté de trois paires d’ailes et mû par quatre propulseurs alimentés en énergie solaire et éolienne, capable d’atteindre les 150 km/h, puis d’un premier prototype (une voiture à six places), apte à 350 km/h. Pour une mise en service commerciale à l’horizon 2020. Reste à résoudre deux problèmes majeurs : le décollage (l’Aero Train devra atteindre les 250 km/h pour commencer à flotter par effet de sol) et le bruit aérodynamique à très grande vitesse.

Br. C.

Swissmetro. 400 km/h sous vide d’air

Des rames en aluminium inspirées de la technologie aérienne sillonneront-elles un jour la Suisse à 50 mètres sous terre ? © Swissmetro/SP

En Suisse, construire de nouveaux axes en surface est pratiquement impossible. Alors, pourquoi ne pas faire circuler des rames en sous-sol et à grande vitesse pour relier les principales grandes villes de la Confédération ?

Puisque l’air pose problème, il n’y a qu’à le supprimer en mettant les rames sous vide et sous terre. C’est de cet axiome que le Swissmetro est né, au début des années 70. Son concepteur, Rodolphe Nieth, entendait répondre par là aux difficultés que rencontrait alors le Transrapid, confronté à la résistance de l’air. Il tenait, là aussi, la solution à un problème plus personnel, qui était les deux heures et plus qu’il perdait chaque jour à faire la navette en train entre son domicile, à Lausanne, et son travail à la Direction générale des CFF, à Berne, au service Essais et mesures. Des conversations menées avec trois de ses compagnons de voyage devaient s’esquisser peu à peu les grandes lignes d’un nouveau système de transport en commun qui, depuis plus de vingt ans déjà, suscite de nombreuses controverses chez nos voisins.

Le concept du Swissmetro repose sur quatre options techniques principales. Il s’agit de construire des tunnels de faibles diamètres à 50 ou 100 mètres de profondeur avec des stations connectées aux réseaux des transports publics existants. Dans ces tunnels, afin de diminuer la consommation d’énergie et de permettre des vitesses élevées (plus de 400 km/h), un vide d’air partiel sera créé et maintenu. Les véhicules seront propulsés grâce à des moteurs linéaires. Ils seront également guidés électromagnétiquement et maintenus en sustentation, éliminant par là l’usure et l’entretien de l’infrastructure.

Fils de cheminot, ingénieur en génie civil, diplômé de l’Ecole supérieure de Genève et ancien élève de l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne, notre homme a tôt fait d’attirer l’attention sur les atouts de son système. Le principal réside dans son infrastructure entièrement en souterrain en tant que solution à l’amélioration du réseau ferroviaire suisse en termes de capacité et de vitesse et alternative au projet Rail 2000. Construire en surface de nouveaux axes de transport (lignes ou routes) est aujourd’hui chose pratiquement impossible en Suisse en raison de la topographie du pays, du taux d’occupation du sol et de l’évolution politico-sociale concernant la protection de l’environnement. Quant à la mise en oeuvre du concept proprement dit, il ne présente pas de problèmes particuliers, les techniques préconisées étant déjà en phase d’expérimentation avancée en Allemagne (Transrapid) et au Japon (Maglev).

Des stations souterraines connectées aux réseaux de transports de surface jalonneront les axes est-ouest et nord-sud du Swissmetro. Il ne faudra pas plus de 12 minutes pour glisser d’une station à l’autre. © Swissmetro/SP

Concrètement, le système devrait permettre la circulation à 410 km/h (vitesse pouvant être portée à 600 km/h en cas de besoin) de rames en aluminium inspirées de la technologie aéronautique, de 200 mètres de long et 180 tonnes en charge, et d’une capacité de 800 places. Avec pour premier objectif une double transversale en forme de croix : une liaison d’ouest en est Genève-Lausanne-Berne-Zurich-St-Gall (en 72 minutes), et une ligne nord-sud reliant Bâle à Bellinzone par Lucerne. Le temps de parcours moyen entre deux stations ne devrait pas excéder 12 minutes (la vitesse variant en fonction du kilométrage), et celui des arrêts 3 minutes.

Soutenu initialement par l’Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), le projet est porté sur la place publique en 1985 lorsque des interventions aux Chambres fédérales conduisent à la demande d’une étude de faisabilité en dépit des premières résistances des CFF, occupés dans le même temps à leurs recherches dans la perspective de Rail 2000. Froissé par l’attitude de plus en plus hostile de son employeur et dépité par la manoeuvre de l’Office fédéral des transports qui, à son insu, confie l’étude à l’entreprise allemande Dornier, apparentée au projet du Transrapid, Rodolphe Nieth quitte les CFF pour prendre la tête du service des routes et voiries de la ville de Lausanne. Dornier ayant confirmé la faisabilité du concept au printemps 1988, la direction du Département fédéral des transports et communications octroie une somme de 500 000 francs suisses (330 millions d’euros) à l’EPLF comme contribution de la Confédération à l’étude préliminaire, le complément étant financé par l’EPLF et des entreprises suisses jusqu’à hauteur de 1,8 million de francs suisses (1,18 million d’euros). Le 27 janvier 1992, est fondé à Berne la société Swissmetro SA au capital initial de 1,5 million de francs suisses (1 million d’euros). Regroupant des entreprises privées et publiques et des organismes d’études et de recherches, cette société a pour principal objet de soutenir la promotion et le développement du système de transport Swissmetro, et d’obtenir une concession.

Des stations souterraines connectées aux réseaux de transports de surface jalonneront les axes est-ouest et nord-sud du Swissmetro. Il ne faudra pas plus de 12 minutes pour glisser d’une station à l’autre. © Swissmetro/SP

Mais si les résultats de l’étude préliminaire, rendus en mars 1993, démontrent que le Swissmetro est techniquement réalisable et économiquement rentable, il faut attendre le 27 novembre 1997 pour que la Swissmetro SA dépose une demande en concession pour la construction et l’exploitation d’un tronçon pilote entre Genève et Lausanne. Laps de temps largement suffisant pour permettre aux adversaires du projet de peaufiner leurs critiques, qui portent essentiellement sur la rentabilité du projet. Et ce d’autant que la Swissmetro SA réclame une subvention équivalente aux deux tiers du financement, évalué à 3,6 milliards (2,4 milliards d’euros). Celle-ci a d’ailleurs été invitée par le Département fédéral de l’Environnement, des Transports, de l’Energie et de la Communication (DETEC) à revoir sa copie sur ce point.

Condamné, le Swissmetro ? Non. En juin dernier, le Conseil national a consenti pour la poursuite des études une nouvelle aide d’un million (qui vient s’ajouter aux 5,8 millions déjà alloués). Et le ministre des Transports, Moritz Leuenberger, soutient aujourd’hui l’idée que le tronçon pilote puisse relier les aéroports de Bâle et de Zurich ou encore ceux de Bâle et de Mulhouse. D’autres préconisent un Swissmetro dans l’axe Genève-Zurich pour la desserte de l’aéroport de Payerne, avec pour ambition de soulager celui de Genève-Cointrin, menacé de saturation à l’horizon 2010. Une supputation qui a suffi à éveiller l’intérêt des autorités de l’aéroport voisin de Lyon-Satolas qui possède des réserves foncières considérables propres à la construction de nouvelles pistes. Une étude de faisabilité est d’ores et déjà d’actualité. Cette connexion – rebaptisée Eurometro pour l’occasion – mettrait les deux terminaux à 15 minutes l’un de l’autre.

Bruno CARRIÈRE

La suite vendredi prochain sur le site.

Cet article est tiré du n°2778 paru le 3 janvier 2001 dans La Vie du Rail dont voici la couverture :