Qu’est-ce que la sustentation électromagnétique ? À quoi sert-elle ?
Avez-vous déjà entendu parler des trains Maglev au Japon, ou des Transrapid en Europe ? Connaissez-vous les trains à lévitation magnétique ? Ce sont des trains qui « lévitent » sur les rails grâce à un champ d’aimant. Afin d’en savoir plus, retrouvez dans cet article tout ce qu’il faut savoir sur la sustentation électromagnétique et sur son rôle dans le monde qui nous entoure. Retrouvez également notre collection de Globe Magnétique qui utilise cette même énergie.
Comprendre la sustentation électromagnétique
En physique et sciences, il existe deux concepts fondamentaux sur le principe de lévitation : le concept électromagnétique qui est généré par des électro-aimants régulés et le concept électrodynamique qui repose sur les forces de courants induits. La sustentation électromagnétique est définie comme un mécanisme permettant de faire léviter un objet grâce à un champ magnétique. Les forces électromagnétiques qui s’exercent sur cet objet le permettent de s’opposer à son propre poids et de flotter sans chuter.
Plus concrètement, un objet est en état de sustentation électromagnétique lorsque celui-ci flotte au-dessus d’un support en aimant sans contact avec ce support. Une force verticale dirigée de bas en haut permet d’équilibrer le poids de cet objet/corps. Les trains Transrapid en Allemagne ou à Shanghai sont des exemples concrets de la sustentation électromagnétique. En revanche, les Maglev japonais utilisent la sustentation électrodynamique.
Comment fonctionne la sustentation électromagnétique ?
La sustentation électromagnétique est faisable grâce aux forces magnétiques. Pour le comprendre, il faut déjà savoir comment fonctionnent les aimants. C’est très simple ! Partons sur le principe qu’un aimant peut attirer ou repousser des matériaux ferromagnétiques selon le positionnement des pôles. Les pôles Nord et Nord s’attirent et les pôles Nord et Sud se repoussent.
Le mécanisme magnétique se produit lorsque les aimants sont activés en alternance (s’attirent et se repoussent). La gravité qui s’exerce sur l’objet en lévitation est compensée par ces forces. Ce qui permet de maintenir une distance constante entre l’objet et le sol, évitant les frictions. Ce mécanisme sans frictions permet d’ailleurs d’avancer plus vite. Pour activer le système de lévitation ou de sustentation électromagnétique, on utilise des électro-aimants et des supraconducteurs.
Les électro-aimants
Un électro-aimant est un aimant alimenté au courant électrique. Il permet de convertir une énergie électrique en énergie magnétique. Pour ce faire, l’aimant est constitué d’un noyau de fer magnétique entouré d’une bobine de fil conducteur. Le champ magnétique se produit alors pendant le passage du courant électrique sur l’électro-aimant. De par ce principe, l’électro-aimant dispose d’une force mécanique d’attraction intense. Raison pour laquelle elle est utilisée dans la sustentation électromagnétique.
Les supraconducteurs
Les supraconducteurs sont des matériaux capables de conduire de manière parfaite le courant électrique sans résistance ni perte d’énergie. C’est le phénomène de supraconductivité. Celui-ci est rendu possible en refroidissant le matériau pour le débarrasser de toute résistance électrique.
Découverte par le physicien néerlandais Heike Kamerlingh Onnes en 1911, le phénomène de la supraconductivité reste encore une découverte exceptionnelle. D’autant plus que les supraconducteurs disposent en sus des propriétés magnétiques exceptionnelles. Ils peuvent ainsi léviter sans problème en dessous d’un aimant.
À quoi sert la sustentation électromagnétique ?
Comme vous l’avez déjà sans doute remarqué ci-haut, la sustentation électromagnétique permet de faire léviter un objet sur une surface aimantée, sans qu’ils ne se touchent. Mais en plus, ce mécanisme permet également de rendre l’objet en mouvement plus rapide. C’est la raison pour laquelle la principale application de la sustentation électromagnétique est dans le domaine ferroviaire, notamment pour la propulsion et la lévitation des trains comme le Transrapid Allemand ou le Transrapid de Shanghai.
Le train à sustentation électromagnétique
Le train à sustentation électromagnétique lévite uniquement par attraction des pôles. Pour cela, il est conçu avec des électro-aimants placés sur la partie inférieure, en parallèle avec les rails. Les rails sont eux aussi dotés de barres de fer laminées qui vont entrer en contact avec les électro-aimants.
Un champ électromagnétique se produit alors sans que les électro-aimants et les barres de fer ne soient en contact. Mais en plus, le train passe en lévitation (c’est-à-dire qu’il ne se pose pas sur les rails). Il se propulse à une vitesse maximale pouvant atteindre jusqu’à 150 km/h.
Les avantages des trains à sustentation électromagnétique
Si aujourd’hui la sustentation électromagnétique est très développée dans les trains, c’est notamment parce qu’elle possède plusieurs avantages :
- Ce mécanisme permet aux trains de se déplacer à grande vitesse.
- Il permet également de réduire la nuisance sonore occasionnée par le passage des trains sur les rails (vu que le train en lévitation ne touchera pas les rails).
- C’est un système propre et moins polluant : le train à sustentation électromagnétique ne rejette pas de fumée et n’utilise que peu de ressources énergétiques. Peu de rejet et perte électrique grâce aux supraconducteurs.
- La résistance aérodynamique et la vitesse des trains n’occasionnent pas de dégâts sur l’écosystème.
En revanche, la mise en œuvre de ce concept reste encore très coûteuse. Raison pour laquelle, il n’existe que très peu de trains à sustentation électromagnétique au monde.
