Hyperloop de Elon Musk, l'Aérotrain 2.0 ?

[BlackShark]

Bonjour à tous !
Cela fait un bail que je n'étais plus passé par ici ; en lisant les news du jour je tombe sur des articles sur le "Hyperloop" un projet en cours de réflexion de Elon Musk, le fondateur et patron de Tesla Motors et Space X.
Musk est frustré que le gouvernement de Californie s'apprète à dépenser une fortune pour une ligne de TGV reliant Los Angeles et San Francisco, il pense connaître une meilleure solution, plus rapide, plus sûre et surtout qu'il estime bien moins chère que le train : un Hyperloop, un système de transport que je trouve similaire en de nombreux points à l'Aérotrain de Jean Bertin, mais transposé au 3è millénaire.



"It's a cross between Concord, a railgun and an air hockey table"

Le Hyperloop est un système de transport moyenne distance, destiné à relier des grandes villes distantes jusqu'à 1500km, à des vitesses vertigineuses 1200km/h (Mach 0.91)
Le train lévite dans un tube en utilisant une sustentation par coussin d'air. Afin de réduire l'énergie nécessaire au déplacement à grande vitesse, le tube serait partiellement vidé de son air et serait maintenu à très faible pression atmosphérique (100 Pascals : pas vide mais presque).
Un vide complet étant très difficile à faire et quasi-impossible à maintenir sur une aussi grande distance, accepter un peu d'air à l'intérieur du tube permet d'utiliser des pompes à air de manière très performante et pleinement capables de maintenir la dépression même si de petites fuites sont présentes dans le tube, tout en conservant l'intérêt de la faible pression atmosphérique pour réduire les frottements, ainsi que d'utiliser les coussins d'air, bien moins cher qu'une sustentation magnétique. Cependant la présence d'air rend les vitesses supersoniques trop complexes, l'Hyperloop sera limité à des vitesses subsoniques (ce qui est déjà pas mal)

Il est propulsé par deux systèmes complémentaires,
D'abord une courte section de voie serait équipée de moteurs à induction linéaire pour propulser le véhicule à haute vitesse, puis le véhicule continuerait en "roue libre" ou plutôt "glisse libre" sur plusieurs dizaines de kilomètres.
Un compresseur électrique située dans le nez du véhicule récupère l'air comprimé devant le véhicule et le recrache à l'arrière du véhicule fournissant un peu de poussée, et réduisant fortement l'effet piston du tunnel, il serait également utilisé pour alimenter les coussins d'air et la cabine passagers en air respirable.
Le compresseur fonctionnant sur batterie, n'aurait pas à lui seul assez de puissance pour maintenir la vitesse de 1200km/h, le train ralentirait nécessairement, la voie contiendrait régulièrement des sections contenant des moteurs à induction afin de relancer le véhicule à pleine vitesse, ou lors de fortes montées/descentes pour accélérer ou ralentir le véhicule.



Pour réduire la taille du tube, l'habitacle serait lui même de très petite taille, les passagers seraient assis par 2 côte à côte sans allée pour se déplacer, comme dans une voiture. Chaque véhicule pourrait transporter une vingtaine de personnes.
De petits véhicules permettraient de fournir des départs réguliers à très courts intervalles, permettant aux passagers d'arriver à la gare à n'importe quelle heure et d'être sûrs de partir en quelques minutes au lieu d'attendre le gros train qui ne part qu'une heure plus tard, ainsi que d'ajuster le nombre de départs à la demande. Le prix serait ridicule en comparaison avec le train, Musk estime le prix d'un billet LA-SF à 20$ l'aller simple.

Le véhicule étant léger, et la voie également légère, l'ensemble peut être facilement installé en viaduc sur des pylônes espacés de 30 mètres environ afin de réduire l'impact au sol et les expropriations par rapport à ce dont aurait besoin une voie de train classique.

Tout cela me rappelle fortement quelque chose développé par Jean Bertin... pas vous ?



Musk n'oublie pas le côte écologique.
En mettant des panneaux potovoltaiques l'extérieur des tubes (il est co-fondateur de Solar City, une société déployant massivement du photovoltaique aux USA), et en stockant l'énergie dans des batteries, le système pourrait fonctionner intégralement à partir d'électricité "verte". Et fonctionner toute l'année quel que soit la météo.

Plus d'infos sur le blog du monsieur : http://www.teslamotors.com/blog/hyperloop
Avec un joli fichier pdf d'une cinquantaine de page détaillant les grandes lignes du système.

[leo-81]

J'ai vu ça cet après-midi, super intéressant cette histoire. Bien hâte de voir la suite
Ce qui m'espante le plus, c'est le coût prévu de la construction de la voie dépressurisée : pour les 600 km entre St-Francisco et LA, ça ne coûterait que 6 milliards d'euros!! Contre je crois 34 milliards pour la même liaison avec un hypothétique TGV

[BlackShark]

Les dernières estimations pour le TGV Californien tournent autour de 70 milliards de dollar, et ils n'ont pas encore commencé à poser de rails, Elon Musk a qualifié ce TGV de train le plus cher et le moins rapide du monde. (La traversée de Los Angeles se fera sur les vieilles lignes de fret, ce qui réduit considérablement la vitesse moyenne).

Sinon j'ai jeté un coup d'oeil au PDF d'Elon Musk, Bien qu'il annonce dès le premier paragraphe que ce n'est un brouillon et qu'il accepte volontiers tout commentaire ou suggestion pour améliorer le concept, il semble déjà avoir arrêté quelques chiffres sur certaines parties comme le diamètre du tube (et donc par conséquent le diamètre du véhicule), les puissances électriques et tailles approximatives de batterie nécessaire, ainsi que la partie aérodynamique du tube.

Un peu plus surprenant est la partie sur la sustentation par coussin d'air qui est, elle, un peu plus floue.
Tout d'abord je suis surpris par le vocabulaire, Musk utilise systématiquement le terme de "roulement à air" (air bearing) au lieu de coussin d'air (air cushion) et il semble suggérer que le "roulement à air" est tellement stable qu'il en devient dur. Ce n'est pas clairement définit mais j'ai l'impression qu'il compte utiliser des coussins à jupe rigide. Peut être qu'avec la vitesse, le vent relatif est tellement fort qu'il risque de mettre en défaut une jupe souple, mais je ne saurais dire. Il utilise également des coussins très petits avec un fort différentiel de pression, c'est peut être une raison pour laquelle il prévoit que le coussin soit aussi dur.
Pour l'amortissement Musk pense mettre une suspension mécanique, il semble ne pas penser à utiliser le coussin d'air pour créer une suspension comme ce qui était fait sur les Aérotrains. Je ne sais pas si c'est un manque de connaissance à propos des Aérotrains et de leurs coussins d'air très particuliers, ou si il est biaisé par l'expérience des suspensions pour ses voitures.

Musk semble tout de même au courant qu'il peut utiliser le vent relatif pour créer directement de la portance dans le coussin d'air comme le faisaient les aérotrains, cependant sa méthode est assez peu orthodoxe.
Au lieu de dériver l'entrée d'air frontale dans les coussins, il les incline, créant une ouverture à l'avant du coussin où le vent relatif s'engouffre directement et vient s'écraser à l'intérieur du coussin. Ca me surprend car j'ai l'impression qu'en faisant ça, on perdrait beaucoup trop d'air par les côtés des coussins.

Qu'en pensez vous ?

[Thomson]

J'ai vu ça aux JTs d'hier soir aussi. Le lien avec l'Aérotrain est inévitable. Une dizaine d'années est prévue pour mettre au point le joujou...

[deudeuche91]

si c'est une solution du "tout en roue et rails" mais la base de l'idee est plutôt sympa. ca reparlerais de l'aerotrain et d une futur remise en plan ??

[pjskyman]

Les visites du site ont doublé depuis deux jours. Une coïncidence ?

[Laurent]

Les visites du site ont doublé depuis deux jours. Une coïncidence ?

Non, c'est parce que je suis rentré de vacances.

[pjskyman]

Tout s'explique

[Aurelien]

Bonjour tout le monde !

Etant né un bon moment après les projets d'aérotrain, j'ai appris leur existence il y a seulement quelques mois sur wikipedia mais sans approfondir le sujet. Il y a quelques jours j'ai trouvé un site décrivant en détail l'histoire de Bertin et de l'aérotrain, sa compétition avec le TGV, et largement comment le projet est mort (avec le contexte politique de l'époque). Je dois avouer que c'est une histoire assez palpitante et de belles prouesses technologiques.

J'avais vu le projet Hyperloop sur un article Yahoo en juillet. Mais l'article fournissait tellement peu de détails techniques tout en croûlant sous les superlatifs que j'avais pensé que c'était plutôt de la poudre aux yeux sans tenir la route techniquement et économiquement parlant.

Merci BlackShark pour les liens vers le site du projet Hyperloop et ton analyse du projet. Permet moi d'apporter ma pierre à l'édifice.

Comme l'Aérotrain, l'Hyperloop se déplace sur une piste spécialement prévue pour lui et parfaitement plane, donc effectivement il est inutile d'utiliser des jupes souples ou alors vraiment minuscules (pas plus de qql millimètres) (les jupes des aéroglisseurs ont été ajoutées pour diminuer la fuite d'air sur des terrains irréguliers ou avec des vagues).
Je pensais au début que l'Aérotrain flottait à peut être 5-10cm et donc que la sustentation à elle seule devait nécessiter une énergie monstre, jusqu'à ce que j'apprenne que Bertin et son équipe étaient parvenus à le faire flotter à seulement 5mm de la piste. Ce qui réduit énormément la fuite d'air et donc la consommation d'air comprimé pour la sustentation. Or d'après l'étude, l'Hyperloop est prévu pour flotter à 0,5 - 1,3 mm, ce qui serait remarquable ! Avec un si faible espacement il me parait effectivement préférable d'avoir plusieurs petits coussins indépendants qui peuvent ainsi mieux épouser les distorsions de la piste et du véhicule qu'un très grand coussin. Un si faible espacement laisse très peu de débattement pour la suspension. Ce doit être pour cela qu'ils la considèrent comme dure et ajoutent une suspension mécanique derrière.
En inclinant ses coussins il reproduit l'aile d'un avion en rase-motte avec une légère incidence. Mais en s'intéressant exclusivement à l'effet de sol sous l'aile (surpression d'air), et en laissant de côté la portance de l'extrados (dépression d'air sur le dessus de l'aile). Enfin à 1mm du sol je suppose que la portance de l'extrados est insignifiante à côté de l'effet de sol de l'intrados.
Tu as raison BlackShark, au vu de la largeur (0,9m) des coussins par rapport à leur longueur (1,5m), il y a de forts risques d'échappement de l'air sur les côtés. Toutefois l'incidence appliquée est très faible, 0,05°, ce qui fait que si l'arrière du coussin est à 1mm de la piste, l'avant est à 2,3mm. Après il est possible que leurs coussins disposent de bordures sur les côtés afin de mieux canaliser l'air (presque comme de mini winglets renversées). Ils en parlent rapidement dans le texte, donc je suppose qu'ils ont dû bien étudier ça :
"As the capsule speed increases and compressibility effects become important, the pressure rise in the air bearing (assuming isothermal flow) will reach a limiting value which depends on the geometry of the air bearing."
Puisque le véhicule est dans un tube, ils pourraient également profiter du toit pour gagner un peu de portance. Par exemple en utilisant le principe de Venturi afin de créer une dépression entre le toit du véhicule et la partie haute du tube. Enfin il est possible qu’ils l’utilisent bien sans en parler dans le pdf de présentation. Ou sinon dans l’étude des compromis entre poids / trainée / portance le Venturi donnait de mauvais résultats.

http://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_Venturi

L'étude comporte une partie thermodynamique sur l'air comprimé dans la capsule. Apparemment l'air comprimé atteint en sortie de compresseur une température de plus de 550°C ! Enfin bon, en s'échappant par les coussins ou la tuyère de queue il se redilate et doit revenir à une température raisonnable.
Leur choix de refroidir l'air comprimé avant de l'expulser est intéressant. Cela doit diminuer, voire peut être même annuler, l'échauffement de l'air du tube et des parois suite au passage de la capsule (échauffement cinétique et entropie du système d'air comprimé). Plutôt que d'ajouter des systèmes de refroidissement du tube (radiateurs externes, ...), ils évacuent les calories à chaque station en vidant le réservoir de vapeur et en remplissant le réservoir d'eau.

Je n'aime pas trop l'idée des panneaux solaires au-dessus du tube. Il est vrai qu'il cherche à promouvoir son entreprise SolarCity (merci pour l'info BlackShark). Mais cela semble plus servir à appâter le chaland en jouant sur la fibre écologique que résulter d'une vraie étude objective des différents moyens d'alimentation électrique. (surtout que l'électricité photovoltaïque hors subventions d'Etat est l'une des plus chères parmi les énergies renouvelables)
Malgré tout c'est une bonne idée d'installer une protection anti-soleil au-dessus du tube, cela diminue les phénomènes de dilatation thermique du tube.

Un point sur lequel je suis surpris concerne les poteaux. Pour ce genre d'installation plus le tube est parfaitement horizontal et mieux c'est. J'aurai alors pensé que rajouter un câble porteur avec des suspentes de longueur variable (comme les ponts suspendus ou les caténaires de TGV) permettrait de réduire la flèche du tube entre les poteaux (mieux aplanir la piste) et éventuellement diminuer le nombre de poteaux.
Enfin avec un terminus dans la ville du Golden Gate Bridge ils y ont sûrement déjà pensé...


A mon avis le coût d'un projet aussi novateur doit être pris avec des pincettes. Le coût du projet TGV est peut être plus juste car il bénéficie de plus d'expériences. Enfin je ne peux rien avancer.

J'espère que le projet Hyperloop va être choisi. Il développerait (ou ferai ressortir) un nouveau type de train original et pourrai promouvoir l'utilisation de tunnels sous vide pour les déplacements.

[Damien D.]

Juste pour information, élan musc l'a avoué lui même, c'était du flan pour rire.

Par contre l'Aérotrain tel qu'on le connait a de grande chances de revenir sur le devant de la scène. Dans un proche avenir.

[BlackShark]

Juste pour information, élan musc l'a avoué lui même, c'était du flan pour rire.
Par contre l'Aérotrain tel qu'on le connait a de grande chances de revenir sur le devant de la scène. Dans un proche avenir.

Ah bon, j'étais pas au courant.
Source ?
(pour les deux.... enfin surtout pour le retour de l'aérotrain en fait. Parce que si Musk avait annoncé publiquement que l'hyperloop était une blague, je pense que j'aurais déjà vu passer l'info)

[Damien D.]

Ben il suffit de chercher à propos de ce projet sur Google, en fait c'est qu'une idée lancée sans plan de réalisation par Elon Musk. Juste pour faire parler de lui.
L'Aérotrain, c'est pareil. Je fantasme. On a le droit de rêver non ? Pas besoin d'être milliardaire pour ca. Ca marche n'empêche, tu y a autant cru que l'hyperloop !

[sav]

domage pour l'hyperloop encore une entourloop
hé hé

[fredh]

Moi ce qui me tracasse dans l'histoire c'est la réaction du coussin d'air dans un tube sous quasi-vide... l'air va être démesurément aspiré à l'extérieur du coussin annihilant l'effet recherché... je suppose...

[ChD]

Salut,

Faut voir...
Quel est l'ordre de grandeur de la pression du coussin d'air sur un Aérotrain classique ?
La pression atmosphérique, c'est 1 bar. Le vide, ça ne fait que 1 bar de moins, soit 0 bar !
Donc ton coussin devrait être plus efficace sous vide que dans l'air, avec un DeltaP de 1 bar, je suppose...