603 km/h (374 mph), c’est la vitesse soutenue le 21 avril 2015 pendant 10,8 secondes (soit sur 1,870 km) par le dernier-né des trains à sustentation magnétique – le SCMaglev, SC pour « superconducting », Maglev pour « magnetically levitated » – développés par la Central Japan Railway Company (JR Central) sur sa ligne d’essai de Yamanashi, à l’ouest de Tokyo. Retour sur les grandes étapes de l’histoire du Maglev.
Bruno Carrière
603 km/h, c’est 170 mètres par seconde ou 10,2 km par minute ! Mieux que le record du monde sur rail détenu par la SNCF depuis le 3 avril 2007 avec 574,8 km/h, vitesse atteinte par la rame TGV expérimentale V 150 (pour 150 m/s = 540 km/h) sur la LGV Est. Sur rail, préciseront les puristes qui s’empresseront de rappeler que le Maglev, exception faite de sa phase de démarrage (1), s’affranchit de tout contact avec le sol pour léviter et, par suite, éviter toute perte de vitesse liée au frottement entre le rail et les roues. L’absence de caténaires est un autre atout. Comparons ce qui est comparable.
Les recherches portant sur un système de chemin de fer à moteur linéaire commencent en 1962, soit deux ans avant la mise en service de la première ligne Shinkansen conventionnelle. L’objectif est de développer la prochaine génération de transport terrestre à grande vitesse en s’affranchissant du contact roue-rail. Mais c’est en 1970 que les Japan National Railways (JNR) annoncent officiellement le développement du système supraconducteur Maglev (JR-Maglev). Tout comme le Shinkansen, le développement du Maglev doit énormément au RTRI (Railway Technical Research Institute) qui, en 1987, a succédé à l’organisme du même nom né en 1907 dans les pas de la JGR avant d’être rattaché à la JNR (voir encadré).
C’est dans les emprises des installations du RTRI, basé à Kunitachi, dans la banlieue de Tokyo, sur une « piste » en forme de T inversé avec rails de guidage, que sont menés les premiers essais touchant au Maglev. À commencer par ceux du prototype LSM-200 (LSM pour linear synchronous motor, 200 par référence à la longueur de la voie, portée peu après à 480 m), petit véhicule de 2 x 4 m pour 2,5 t qui, en juillet 1972, lévitant à 9,8 cm au-dessus de la voie, soutient une vitesse de 48 km/h sur une distance de 100 m. Une performance qui est portée la même année à 60 km/h (pour une hauteur de sustentation de 6,9 cm) par un second prototype, le ML-100 (ML pour magnetic levitation, 100 par référence au centenaire des chemins de fer japonais célébré la même année). Ce véhicule de 7 m pour 3,5 t, pouvant emporter quatre personnes, est doté d’un moteur linéaire à induction (linear induction motor/LIM). Mais, en dépit de ses qualités, le RTRI lui préfère le LSM plus adapté aux grandes vitesses. Aussi, la « piste » d’origine estelle entièrement remaniée pour tenir compte de cette option, mais aussi pour permettre au prototype suivant, le M-100-A, entré en piste en 1975, de s’affranchir de tout guidage mécanique. Quoi que n’atteignant que 60 km/h, ce troisième véhicule de 7 m pour 3,6 t permet d’entrevoir l’objectif officiellement annoncé des 500 km/h.
Une telle performance nécessite cependant des moyens accrus. C’est pourquoi sont lancés, dès 1974, les travaux de construction du centre d’essai spécifique de Miyazaki, sur l’île de Kyushu, inauguré le 16 avril 1977. C’est là que le ML-500 (500 pour 500 km/h, l’objectif fixé), engin de 13,5 m pour 10 t, commence ses essais au mois de juillet suivant, sur les 1,3 km de la nouvelle ligne toujours en T inversé (2). Le prolongement de la ligne, portée successivement à 3,1 km, 4,7 km et 7 km (3), permet un premier parcours en lévitation (204 km/h le 17 décembre 1977), puis le franchissement de la barre symbolique des 500 km/h (respectivement 504 km/h et 517 km/h non habité les 12 et 21 décembre 1979 (4)) – soit mieux que les 331 km/h sur rail établi par la SNCF en 1955 et les 430,2 km/h de l’Aérotrain I80-HV de l’ingénieur Bertin en 1974. La décision est alors prise de réaménager la ligne qui, en 1980, prend une forme en U, telle qu’adoptée encore aujourd’hui, garantie d’une meilleure stabilité pour les trains, notamment en présence de forts vents latéraux.
Au ML-500 succède un nouvel engin, le MLU-001 (U par référence à ligne en U). Décliné en deux (10,1 m + 10,1 m) ou trois caisses (10,1 m + 8,2 m +10,1 m), il est conçu pour accueillir, pour la première fois, des voyageurs lambda (32 places dans sa configuration à trois caisses). Mis aux essais en novembre 1980, il reçoit ses premiers passagers en septembre 1982. Cette option trouve sa consécration en février 1987 avec une marche record à 400,8 km/h (configuration à deux caisses) (5). Introduit en mai 1987, son successeur, le MLU-002, est monobloc (22 m pour 17 t) et offre 44 places. Il atteint 394,3 km/h habité en novembre 1989.
En juin 1990, le ministère du Territoire et des Transports (MLIT) établit un « Plan de base du développement technologique du train à sustentation magnétique » qui énonce clairement les objectifs attendus en termes de vitesse (500 km/h), de capacité de transport (10 000 personnes par heure en période de pointe en aller simple) et de viabilité économique. Il compte sur le RTRI pour travailler à la réduction des coûts de construction, de production et d’exploitation. En janvier 1993, le remplacement du MLU-002, détruit par un incendie le 3 octobre 1991, est assuré par le MLU-002N (monobloc, 22 m pour 19 t, 12 places), dont la construction a fait appel à des matériaux moins inflammables (6). Mais ses performances sont à peine supérieures à celles du MLU-001 et 002 : 431 km/h non habité en février 1994, 411 km/h habité le 26 janvier 1995.
En 1996 commence une nouvelle étape avec l’abandon du site de Miyazaki (7) pour celui de Yamanashi, à une centaine de kilomètres à l’ouest de Tokyo (préfecture de Yamanashi). Cette ultime migration, décidée en 1989, correspond au transfert de la responsabilité des essais, sur le terrain, à la Central Japan Railway Company (JR Central). Le nouveau site est officielle-ment ouvert le 1er juillet 1996 au terme de sept années de travaux. Les premiers essais en ligne commencent le 3 avril 1997 avec les premiers tours de roues (circulations à vitesse réduite sans lévitation) du MLX-01 (pour magnetic levitation experiment). À cette date, seule la partie centrale de la ligne programmée (42,8 km) est opérationnelle : la priority section, longue de 18,4 km dont l’essentiel en tunnel (8).
Dans sa configuration normale, le MLX-01, dont les premiers matériels ont été livrés en 1995, comprend trois éléments. Si la voiture centrale (standard inter-mediate car, 21,6 m) se limite à un modèle unique, les deux caisses d’extrémité affichent un carénage différent : nez concave double cusp pour l’une, nez convexe aero-wedge pour l’autre. Afin de pouvoir disposer de deux rames, chacun des éléments est doublé en 1997. - double cusp (28,3 m, 46 voyageurs) = Mc1/MLX-01-1 (extrémité côté Kofu, 1995), Mc4/MLX-01-4 (extrémité côté Tokyo, 1997)
- aero-wedge (28,3 m, 30 voyageurs) = Mc2/MLX-01-2 (extrémité côté Tokyo, 1995), Mc3/MLX-01-3 (extrémité côté Kofu, 1997) - standard intermediate car (21,6 m) = M1/MLX-01-11 (1995), M2/MLX-01-12 (1997) La nouvelle campagne d’essais se solde par deux nouveaux records mondiaux les 12 et 24 décembre 1997 : respectivement 531 km/h habité et 550 km/h non habité. Performances suivies en décembre 1998 d’un croisement des deux rames à la vitesse relative de 966 km/h (9).
Cette même année 1997 voit la construction d’une long intermediate car (24,3 m, 68 voyageurs), également doublée en 2002.
- long intermediate car (24,3 m, 66 voyageurs) = M3/MLX-01- 21 (1997), M4/MLX-01-22 (2002).
Pour approcher au plus près les conditions d’une exploitation commerciale normale, le MLX-01 adopte en février 1999 une configuration à cinq caisses : MLX-01-1 + MLX- 01-11 + MLX-01-21 + MLX- 01-12 + MLX-01-02. Ainsi constituée, cette rame améliore les vitesses record : 548 km/ non habité le 18 mars et 552 km/h habité le 14 avril. Avec le retour à sa configuration initiale à trois caisses, le MLX-01 entreprend des essais d’endurance (44 rotations à 500 km/h en une journée en mai) et de croisement avec son double (vitesse relative de 1 003 km/h le 16 novembre).
Si les objectifs de vitesse sont clairement atteints, le système reste cher à construire et à exploiter. En mars 2000, après que le Maglev Technological Practicality Evaluation Committee (Comité d’évaluation des technologies nécessaires au déploiement du train à sustentation magnétique, ministère du Territoire et des Transports) a reconnu la technologie « viable », une seconde phase d’essais commence dans le but de vérifier la fiabilité et la résistance du système et d’en réduire les coûts.
Le 25 juillet 2002 voit la présentation officielle d’une nouvelle rame composée comme suit : Mc5/MLX-01-901 (extrémité côté Kofu) + M4/MLX-01-22 + Mc4/MLX-01-4 (extrémité côté Tokyo). L’innovation vient de la voiture de tête Mc5/ MLX01-901 qui se caractérise un « long nez » de 23 m pour une longueur hors tout de 28 m (contre 9,1 m pour le nez de ses aînées). Après avoir atteint 550 km/h, la rame en question est augmentée de la standard intermediate car M2/MLX-01- 12 et s’illustre le 2 décembre 2003 en atteignant 581 km/h habité, nouveau record. Elle participe également à de nouveaux essais de croisement (vitesse relative de 1 026 km/h le 16 novembre 2004). Dans le même temps, la fiabilité du système est mise à l’épreuve par la répétition des courses : 2 876 km sont ainsi parcourus dans la seule journée du 7 octobre 2003 depuis 7 heures jusqu’à 21 heures à raison de 89 allers et retours.
En mars 2005, le Comité d’évaluation juge que le Maglev est technologiquement prêt à fonctionner, mais qu’il reste encore des efforts à faire afin de pouvoir ouvrir une première ligne entre Tokyo et Nagoya au plus tôt en 2025. Trois axes prioritaires sont définis, repris dans un document officiel, l’Orientation pour la recherche et le développement à venir du MAGLEV, présenté le 12 décembre 2006. Il porte sur :
- l’extension de la ligne d’essai ;
De la JNR (1949) au JR Group (1987)
La nationalisation des principales compagnies de chemin de fer privées japonaises se traduit par la création en 1906-1907 de la JGR (Japanese Governement Railways), relayée en 1949 par la JNR (Japanese National Railways). Le déficit croissant de la JNR conduit à la constitution, le 1er avril 1987, du JR Group (Japan Railways Group) qui rassemble sept compagnies exploitantes financièrement indépendantes les unes des autres (JR Hokkaido, JR East, JR Central, JR West, JR Shikoku, et JR Kyushu pour le transport des voyageurs, JR Freight pour celui des marchandises), un centre de R&D (le RTRI), une société chargée de gérer les systèmes d’information du groupe (JR Systems), une société de bus interurbains (JR Bus) et des compagnies d’hôtels (JR Hotel Group). Si, au moment du démantèlement de la JNR, les sept compagnies ferroviaires sont restées sous la responsabilité de l’État, trois ont été depuis effectivement privatisées : les JR East (2002), JR West (2004) et JR Central (2006).
- la poursuite des essais sur voie visant à vérifier jusqu’en 2012 les techniques de bases employées, puis, après l’achèvement prévu pour 2013 des travaux d’extension de la ligne d’essai, leur prolongation jusqu’en 2016 avec un matériel roulant à usage commercial
(rames de 5 voitures puis de 12 voitures à partir de 2015) ;
- la poursuite des recherches jusqu’en 2016 pour réduire les coûts de construction, de production, d’exploitation et d’entretien ;
- la mise au point des dispositifs de protection de l’environnement, des systèmes d’entretien et des procédures en cas d’urgence.
En 2009, deux éléments du LMX-01 sont transformés pour de nouvelles expérimentions : le MLX01-901 (nouveau MLX- 01-901 A) et le MLX-01-22 (nouveau MLX-01-22 A).
Les travaux de la prolongation de la ligne d’essais sur une longueur de 24,4 km, de part et d’autre de la priority section, et de son adaptation aux spécificités commerciales, se poursuivent de septembre 2011 à mai 2013. Ainsi complétée, la ligne d’essais devient la rampe de lancement idéale pour le futur train commercial, le L0 (L pour linéaire et 0 par référence au nom de la première série des trains Shinkansen conventionnels (10)). Si un premier véhicule est brièvement dévoilé le 22 novembre 2012, il faut attendre la présentation officielle à la presse le 3 juin 2013 pour en avoir une vision plus précise. Le L0 se compose alors de cinq véhicules : deux voitures d’extrémité (28 m, 24 places) construites par Mitsubishi Heavy Industries, dont l’une dotée d’un « nez » de 15 m offrant un profil similaire à celui du MLX01-901, et trois voitures intermédiaires (24,3 m, 68 places) sorties des ateliers de la Nippon Sharyo, filiale de JR Central. Il effectue sa première marche le 29 août 2013, à 505 km/h, vitesse officiellement retenue pour l’exploitation future.
La livraison programmée de neuf autres voitures (deux de tête et sept intermédiaires) permet de faire varier la configuration du L0, portée à 7 caisses en septembre 2013, puis à douze caisses le 25 juin 2014. Ramené à sept caisses, il est utilisé depuis le mois de novembre de la même année à des circulations habitées promotionnelles.
(1)- Le Maglev ne commence à léviter qu’à une vitesse de l’ordre de 150 km/h, ce qui nécessite la présence de roues chaussées de pneumatiques sous le véhicule, à la manière du train d’atterrissage d’un avion.
(2)- Atteint 97 km/h le 26 juillet.
(3)- Longueur atteinte en juillet 1979. Pente max. 5‰ ; courbe min. 10 000 m.
(4)- Certaines sources attribuent indûment ces records au ML-500 R, né de la modification en 1979 du ML-500 par ajout d’un système de refroidissement de l’hélium pour maintenir à une très basse température les bobines supraconductrices (aimants) embarquées.
(5)- En janvier 1987, le même MLU-001 avait atteint 405,3 km/h non habité.
(6)- Le MLU-002N a pour autre particularité d’être doté de freins aérodynamiques auxiliaires (déploiement de panneaux verticaux au-dessus de la caisse), expérimentés en 1989 sur le MLU-001 tenu en réserve.
(7)- Fin des essais à Miyazaki le 9 octobre 1996.
(8)- Pente max. 40 ‰ ; courbe min. 8 000 m.
(9)- La campagne d’essais de croisement a été lancée le 11 juin 1998. La vitesse relative est obtenue par l’addition de la vitesse de chacune des rames au moment du croisement. (10)- Ou 0 pour zéro émission.
Sa fiabilité sur la durée est mise à l’épreuve les 10 et 14 avril 2015 : respectivement 3 904 km et 4 064 km parcourus en une seule journée, mieux que le MLX01-901 en 2003. Dans la foulée, le L0 bat à deux reprises le record de vitesse établi par le même MLX01-901 toujours en 2003 : le 16 avril avec 590 km/h (course habitée, vitesse mainte- nue 19 secondes) et le 21 avril avec 603 km/h (course habitée/49 agents de JR Central, vitesse maintenue 18,8 secondes sur 1,8 kilomètres).
Les premières études techniques et économiques de la future ligne Chuo Shinkansen entre Tokyo, Nagoya et Osaka commencent en 2008. L’année suivante, le JR Central se prononce pour le plus court des trois tracés en compétition. Enfin, le 17 octobre 2014, le gouvernement autorise le JR Central à entreprendre sa construction. Celle-ci se fera en deux étapes, l’ouverture de la section de Tokyo à Nagoya (285,6 km) étant prévue pour 2027, celle de la section de Nagoya à Osaka (152 km) pour 2045. Mais l’ouverture d’une première gare est prévue à Kofu en 2020 à l’occasion des Jeux olympiques d’hiver.
Les travaux de la première section sont lancés le 17 décembre 2014 à partir de ses deux extrémités, sur les sites des futures gares de Shinagawa (à 6 km de la gare centrale de Tokyo qui ne sera pas desservie) et de Nagoya. Sur les 285,6 km que compte la section (les 42,8 km de la ligne d’essais compris), 246 km seront établis en souterrain et 34,9 km en viaduc ou pont. L’objectif est de ne pas dépasser la pente maximale de 4 % dans la région montagneuse qu’elle traverse. Son coût est estimé à 42,5 mil- liards d’euros.
À terme, les villes de Tokyo et Nagoya devrait être réunies en 40 minutes, soit à la vitesse moyenne de 429 km/h (actuellement les 366 km de la ligne Shinkansen sont couverts en 1 h 35 à la vitesse moyenne de 261 km/h). La prolongation de la Chuo Shinkansen jusqu’à Osaka (152 km) devrait permettre de relier Tokyo à Osaka en 1 h 07 contre 2 h 25 actuellement.
Transrapid, le rival
La technologie choisie pour le Maglev japonais relève de la sustentation « électrodynamique » et non « électromagnétique » qui a été retenue pour le Transrapid allemand. Expérimenté depuis 1969 par l’État, puis par les groupes Siemens et ThyssenKrupp, sur la base d’études amorcées avant guerre, le Transrapid s’illustre en 1993 en atteignant 450 km/h (Transrapid 07). Les essais sont brutale- ment interrompus au lendemain de l’accident du 22 septembre 2006 (collision à 200 km/h avec un véhicule de maintenance présent sur la voie, 25 morts) et définitivement abandonnés en 2008. Pour l’heure, seule la ligne chinoise reliant Shanghai à son aéroport international de Pudong utilise la technologie héritée du Transrapid : en exploitation commerciale depuis le 1er janvier 2004, les 30,5 km sont couverts en 7 minutes et 20 secondes à la vitesse moyenne de 245,5 km/h (vitesse maximale, 431 km/h). C’est sur cette ligne qu’une rame a atteint 501 km/h le 12 novembre 2003, vitesse record pour ce type de matériel.
