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Un aimant supraconducteur sans système de refroidissement

L'Institut Technique de Recherche Ferroviaire (RTRI) a annoncé le 30 juin 2010 avoir terminé le développement d'un nouvel aimant supraconducteur à haute température destiné au train à sustentation magnétique (MAGLEV). De petite taille, il peut fonctionner pendant 9 heures sans système de refroidissement.

Depuis 1962, le Japon travaille au développement d'un train à sustentation magnétique (appelé MAGLEV - MAGnetic LEVitation), dans le but de s'affranchir des frottements entre les roues et les rails des trains classiques et ainsi d'atteindre la vitesse commerciale de 500 km/h. Le train est actuellement détenteur du record mondial de vitesse pour un système ferroviaire (581 km/h).

Cependant, bien que le rapport annuel publié en 2005 par le Comité d'Evaluation des Technologies Nécessaires au Déploiement du Train à Sustentation Magnétique conclut que le train est technologiquement prêt à fonctionner, de nombreux efforts de recherche restent à fournir pour réduire les coûts très élevés de construction, d'exploitation et d'entretien, et ainsi pouvoir ouvrir une première ligne entre Tokyo et Nagoya au plus tôt en 2025.

Le train à sustentation magnétique japonais fonctionne avec un moteur linéaire synchrone. Le train dispose de bobines magnétiques positionnées le long de la rame avec les pôles Nord et Sud disposés alternativement de l'avant vers l'arrière du train. Des bobines de propulsion sont situées tout le long de la voie. Elles sont alimentées en courant alternatif dont la fréquence est asservie à la vitesse du train. Ainsi chaque bobine voit ses pôles s'inverser de manière à ce qu'elle repousse la bobine du train qui vient de passer devant elle et attire celle qui vient vers elle.

Toutes les forces exercées sur le train concourent ainsi à le propulser dans le même sens (voir figure 2). Le déplacement du train induit alors un courant électrique dans les bobines de sustentation situées au sol. Quand le champ magnétique de ces dernières devient suffisamment important, c'est-à-dire quand le train dépasse les 100 à 150 km/h, celui-ci lévite de 10 cm du fait de l'interaction entre les bobines situées à bord du train et au sol.

Les aimants embarqués par le train sont des bobines supraconductrices. Autrement dit, elles sont maintenues à une température très basse pour supprimer leur résistance électrique. Par conséquent, toute variation d'un champ magnétique (ici celui des bobines situées au sol) induit dans les bobines embarquées un courant qui n'est pas amorti et qui crée un champ magnétique, et ce sans apport extérieur de courant.

es premières bobines étaient constituées de niobium-titane et fonctionnaient à une température de 4 K, ce qui nécessitait des structures de refroidissement compliquées à base d'hélium et d'azote liquides. Par la suite, les chercheurs du RTRI et Toshiba entre autres ont développé des bobines supraconductrices à haute température (20 K) qui autorisent une simplification des systèmes de refroidissement et donc une économie de poids et d'énergie.

Le nouvel aimant développé par le RTRI possède des bobines en yttrium. Leur supraconductivité est maintenue même à la température "élevée" de 50 K. Le champ magnétique au coeur de la bobine est de 2 T à 30 K et de 1 T à 50 K, des valeurs qui sont de l'ordre des champs des aimants actuellement montés sur la rame d'essai MLX01. Par ailleurs, les bobines sont enfermées sous vide dans une coque qui maintient une température inférieure à 50 K pendant 9 heures (avec une température de départ de 20 K). Cette caractéristique pourrait permettre à l'avenir de ne pas embarquer à bord du train les systèmes de refroidissement des aimants, la durée de préservation de la température étant bien supérieure à celle du parcours prévue entre Tokyo et Osaka (une heure).

BE

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