- 1 Ndlr : Voir dans le présent bulletin l’article « La saga des records de vitesse ».
1Les trains à grande vitesse (TGV), au-dessus de 250 km/h de vitesse moyenne, sont en exploitation dans bien des pays. Leur succès technique et commercial est incontestable. La vitesse maximale sur les lignes à grande vitesse (LGV) peut être de 300 km/h (comme en Allemagne), ou de 320 km/h (sur la LGV Est européenne par exemple), ou même de 350 km/h (comme en Chine). Le record mondial de vitesse est de 574,8 km/h, vitesse atteinte le 3 avril 2007 en France1. Ces trains sont donc capables de vitesses de croisière plus hautes que 350 km/h, mais la balance des avantages et inconvénients économiques ont persuadé les pays de ne pas aller au-delà à ce stade. En France, par exemple, cette question fut âprement débattue entre 2005 et 2010. La conclusion fut alors de ne pas dépasser 320 km/h : la consommation d’énergie et le bruit progressent très vite au-delà.
2Outre un très haut niveau de sécurité et de faibles émissions de gaz à effet de serre, le grand avantage des trains à grande vitesse est de pouvoir circuler non seulement sur les voies qui leur sont réservées, mais aussi sur toute voie ancienne, électrifiée, dont l’écartement des files de rail est le même. Pour ces raisons, dès le début de son premier mandat (2009-2012), le président Obama avait lancé l’idée de créer des LGV aux Etats-Unis, notamment en Californie où les trafics aériens entre Los Angeles et San Francisco atteignaient des niveaux problématiques. Des études ont été lancées, auxquelles la SNCF a étroitement participé. Elles ont montré que la mise en œuvre d’un tel projet était difficile, et que le coût de réalisation serait très élevé (50 à 60 milliards de $).
3Il n’en fallait pas plus pour que l’entrepreneur Elon Musk propose de substituer au TGV un système totalement nouveau appelé Hyperloop Alpha (voir encadré n° 1). De petites capsules de 2,2 m de diamètre circuleraient sur coussin d’air dans deux tubes aériens sous vide à plus de 1 200 km/h. Objet d’un grand retentissement dans les médias du monde entier, en raison de la célébrité de son inventeur, ce qui était présenté comme un cinquième mode de transport peut-il être réalisé, et en peu de temps, comme l’affirmait Elon Musk ? Le présent article se propose, huit ans plus tard, d’apporter quelques réponses argumentées, d’abord sur les enjeux techniques de cette innovation de rupture, puis sur ses dimensions économiques qui ne sont pas les moindres.
4Les prémisses du raisonnement d’Elon Musk sont les suivantes : faire beaucoup mieux que le TGV mais aussi mieux que le maglev, train à propulsion ou sustentation magnétique (à basse ou haute vitesse) circulant à l’air libre. Il devient un vactrain quand il se meut dans un tube dont l’air est plus ou moins raréfié par pompage. Hyperloop correspondrait donc à un vactrain atteignant des vitesses extrêmement hautes (1 000 km/h ou plus).
- 2 Les mots sustentation et lévitation seront considérés comme des synonymes, de même que le mot ang (...)
5Pour évaluer sa faisabilité, nous commencerons par faire le point sur les technologies de sustentation2 et de propulsion, avant de dresser la liste des obstacles à franchir et des entreprises qui s’y attellent. Cela nous conduira à établir un pronostic.
Encadré 1 : le raisonnement initial d’Elon Musk pour Hyperloop Alpha
En juin 2013, E. Musk publiait une courte étude, dont les extraits ci-dessous ciblent les principales questions techniques à résoudre pour que l’innovation proposée voie le jour :
« Chaque fois que vous avez une capsule ou un pod (j’utilise les mots de manière interchangeable) se déplaçant à grande vitesse dans un tube contenant de l’air, il y a une dimension minimale du tube par rapport à la surface du pod en dessous de laquelle vous étouffez le flux. Cela signifie que si les parois du tube et de la capsule sont trop rapprochés, la capsule se comportera comme une seringue, et finira par être obligée de pousser toute la colonne d’air dans le système. Pas bon !
La loi de la physique sur la vitesse maximale pour un rapport donné entre une surface de tube et une surface de capsule est connue sous le nom de limite de Kantrowitz. Ceci est très problématique, car cela vous oblige soit à aller lentement soit à avoir un tube de diamètre exceptionnellement énorme. Fait intéressant, il y a généralement deux solutions à la limite de Kantrowitz : une où vous avancez lentement, et une où vous allez vraiment très vite.
Cette dernière solution semble très attrayante au premier abord, jusqu’à ce que vous vous rendiez compte qu’aller à plusieurs milliers de milles par heure signifie que vous ne pouvez pas accepter des virages même larges sans forces g douloureuses. Pour un voyage de San Francisco à Los Angeles, vous aurez aussi à supporter une accélération et une décélération assez intenses. […]
Tant pour le confort de voyage que pour la sécurité, il serait préférable de voyager à haute vitesse subsonique pour un voyage de 350 milles. Pour les trajets beaucoup plus longs, comme de Los Angeles à New York, il vaudrait la peine d’explorer des vitesses très élevées. C’est probablement techniquement faisable, mais […] je pense que la bonne solution économique serait probablement de privilégier l’avion supersonique.
L’approche qui, je crois, surmonterait la limite de Kantrowitz serait de monter un ventilateur de compresseur électrique sur le nez de la nacelle, afin de transférer activement l’air sous haute pression de l’avant vers l’arrière du mobile. Ce serait comme avoir une pompe dans la tête de la seringue, qui allégerait la pression.
Cela résoudrait aussi simultanément un autre problème, à savoir comment créer un système de suspension à faible friction lors de déplacements à plus de 700 milles par heure. Les roues ne fonctionnent pas très bien à de telle vitesse, mais un coussin d’air conviendrait bien. Il a été démontré que les coussins d’air, qui utilisent le même principe de base qu’une table de hockey sur coussin d’air, fonctionnaient à des vitesses de Mach 1,1 avec un très faible frottement. Dans ce cas, cependant, c’est la capsule qui produirait le coussin d’air, plutôt que le tube, car il est important de rendre le tube aussi peu coûteux et simple que possible.
Cela soulève alors la question de savoir si une batterie pourrait stocker suffisamment d’énergie pour alimenter un ventilateur pendant toute la durée du voyage, et si la place serait suffisante. Sur la base de nos calculs, ce n’est pas un problème tant que l’énergie utilisée pour accélérer le pod n’est pas tirée de la batterie.
C’est là qu’interviendrait le moteur électrique linéaire externe, qui serait simplement un moteur à induction (comme celui de la Tesla Model S) qu’on aurait déroulé. Il accélérerait la capsule jusqu’à une vitesse subsonique élevée, et il fournirait une nouvelle impulsion environ tous les 70 milles. Le moteur électrique linéaire ne serait nécessaire que pour environ 1 % de la longueur du tube ; ce ne serait donc pas particulièrement coûteux. »
6Intéressons-nous au maglev et aux différentes façons théoriques d’envisager la sustentation et la propulsion. Nous regarderons ensuite où en sont les différents pays qui se sont lancés dans la réalisation des maglevs.
La sustentation des maglevs peut être faite d’au moins quatre manières.
7Avant d’aller plus loin, il est utile de rappeler les différentes technologies de sustentation magnétique. Pour les transports guidés, il existe quatre grands types de systèmes de sustentation.
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- 3 On trouvera une brève présentation de ces sociétés au § « Les principales entreprises pionnières (...)
La sustentation électrodynamique (Electro-Dynamic Suspension) est fondée sur des forces électromagnétiques de répulsion entre la voie et le train. En exploitation normale, elles permettent d’atteindre des vitesses supérieures à 600 km/h. Un record mondial a déjà été obtenu à 603 km/h le 21 avril 2015 au Japon. Cette technologie présente toutefois l’inconvénient de nécessiter, contrairement à la technologie suivante, une infrastructure très chère. De plus, des roues doivent être fixées aux mobiles pour toute circulation à basse vitesse, car la lévitation ne s’obtient que si le mobile est en mouvement assez rapide. Des roues doivent se déployer lorsque les maglevs à grande vitesse ralentissent et s’arrêtent. C’est la technologie de grande vitesse retenue pour le futur maglev du Japon. S’agissant des hyperloops, elle a aussi été retenue dans leurs études par la société américaine Virgin Hyperloop One, la société américaine HyperloopTT et la société canadienne Transpod.3
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- 4 Des électroaimants sont placés sur la partie inférieure du train, qui est elle-même en-dessous du (...)
La sustentation électromagnétique (Electro-Magnetic Suspension) est fondée sur des forces électromagnétiques d’attraction entre la voie et le train4, et non de répulsion comme dans la technologie précédente. C’est la solution retenue pour le maglev de Shanghai et par l’ancien projet Swissmetro. C’est aussi celle qui a été choisie pour les lignes chinoises, coréennes et japonaises de métro : à Beijing et Changsha en Chine, à Incheon en Corée du Sud, pour la ligne Limino à Nagoya au Japon. Pour les hyperloops, c’est cette technologie qui a eu la préférence de la société espagnole Zeleros, la société néerlandaise Hardt Hyperloop et la société polonaise Nevomo.
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La sustentation avec roues électrodynamiques (Electro-Dynamic Wheels) est une technologie qui n’a été choisie dans aucun projet de maglev, en raison d’avantages toujours moindres et d’inconvénients toujours supérieurs aux deux solutions précédentes.
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La sustentation sur coussin d’air (Air-Cushioned Suspension) est la technologie qui a été proposée par Elon Musk pour Hyperloop Alpha. Mais parce qu’elle fait courir de grands risques à haute vitesse en raison de la distance extrêmement petite entre la voie et le mobile, cette solution technique n’a été retenue dans aucun projet d’hyperloop.
La propulsion des maglevs peut être faite d’au moins cinq manières.
8Constitués d’une partie fixe (dans la voie) distante d’une partie mobile (dans le moyen de transport), les moteurs électriques de propulsion qui sont utilisés pour les maglevs peuvent être regroupés dans cinq grands types, sachant qu’ils sont tous composés d’une partie active (le stator qui renferme les bobinages, etc.) et d’une partie passive (le slider qui renferme les aimants) :
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Les moteurs à induction linéaire à stator court (Short Primary Linear Induction Motor) sont ceux qui équipent les maglevs des lignes de métro en Asie. S’agissant des hyperloops, ce sont ceux-là qui ont été choisis par la société canadienne Transpod.
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Les moteurs linéaires à réluctance variable et à stator court (Short Primary Linear Reluctance Motor) ne sont utilisés par aucun maglev et ne sont envisagés pour aucun projet en cours.
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Les moteurs à induction linéaire à stator long (Long Primary Linear Induction Motor) ne sont retenus pour aucun maglev.
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Les moteurs synchrones linéaires à stator long (Long Primary Linear Synchronous Motor) sont souvent considérés comme les meilleurs pour les maglevs à haute vitesse : l’ancien maglev allemand appelé Transrapid, le maglev de Shanghai, le futur maglev japonais Tokyo-Nagoya, les hyperloops étudiés par la société HyperloopTT et la société néerlandaise Hardt.
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Les moteurs à compression d’air (Air Compression Motor) n’ont été choisis pour leurs études d’hyperloop que par Elon Musk (Hyperloop Alpha) et par la société espagnole Zeleros. Le projet Hyperloop Alpha combine des moteurs à compression d’air et des moteurs linéaires à stator long (soit des moteurs synchrones linéaires, soit des moteurs à induction linéaire).
9Sur ces bases techniques, faisons le point sur les maglevs à l’air libre avant de nous intéresser aux vactrains.
Les travaux du premier maglev japonais à très haute vitesse sont bien avancés.
10Etudié depuis 1962, le premier train à sustentation magnétique pourrait bientôt circuler à très grande vitesse sur longue distance au Japon. Le 21 avril 2015, un prototype appelé L0 Series Maglev, comprenant sept voitures, a atteint la vitesse de 603 km/h sur une ligne d’essai de 42,8 km dans la préfecture de Yamanashi (non loin de Tokyo). Fondée sur la sustentation de type EDS, la technologie de lévitation magnétique, appelée SCMaglev, a été développée par la compagnie ferroviaire Central Japan Railway Company (dite JR Central en anglais ou JR Tokai en japonais) et l’Institut de recherche technique ferroviaire.
11Le 27 mai 2011, le gouvernement y a autorisé la construction et l’exploitation par JR Central d’une ligne appelée Chuo Shinkansen. Longue de 286 kilomètres entre Tokyo (gare de Shinagawa) et Nagoya, cette ligne nouvelle est de 80 km plus courte que la ligne actuelle entre les deux villes. Cela permettra de réaliser le parcours en 40 minutes, soit une moyenne de 430 km/h, près de deux fois la vitesse actuelle, 220 km/h, soit 1 h 40 pour 365 km. La construction a commencé en 2014, en intégrant la ligne expérimentale de la préfecture de Yamanashi. Le Chuo Shinkansen transportera jusqu’à 1 000 voyageurs dans des rames de seize voitures (voir encadré 3).
12À 86 %, la ligne sera souterraine, d’où un coût très élevé, estimé pour l’heure à 46 milliards d’€, soit 160 millions le kilomètre, au moins 7 fois plus que le coût de la LGV Tours-Bordeaux. Des protections contre le bruit seront placées tout le long des parties aériennes, car les maglevs sont très bruyants. Le rayon de courbure ne sera jamais inférieur à 8 km, et la pente pourra être de 40 ‰ ; rappelons qu’elle est au plus de 35 ‰ pour les LGV en France. Le tracé choisi étant plus direct, quatre gares intermédiaires seulement seront édifiées : Sagamihara, Kofu, Iida et Nakatsugawa. La nouvelle gare de Nagoya a été largement achevée en 2016, celle de Shinagawa est en cours. La ligne coûtera très cher : environ 46 milliards d’euros, selon JR Central en avril 2021. Le niveau de la rivière Oi, à la traversée (9 km) de la préfecture de Shizuoka, a donné lieu à de vives préoccupations. Elles ont conduit la préfecture à refuser en juin 2020 le commencement des travaux. Ce qui a amené JR Central à annoncer le report de l’échéance au-delà de l’année 2027, initialement fixée pour le début du service.
13La ligne Tokyo-Nagoya serait prolongée ensuite jusqu’à Osaka. La seconde phase serait ouverte en 2037.
La Chine est déterminée à avoir au plus tôt des maglevs à très haute vitesse.
14La construction d’une première ligne de train magnétique en Chine a commencé le 1er mars 2001, et l’ouverture de la ligne a eu lieu le 1er janvier 2004. Mais c’est une ligne courte. Longue de 30 km seulement, parcourue à la vitesse maximale de 431 km/h, elle relie en sept minutes l’aéroport international de Shanghai (Pudong) à la station de métro Longyang Road (ligne 2). La technologie est fondée sur le système allemand porté par Siemens. Le matériel roulant (SMT Transrapid) a été construit par une co-entreprise fondée par Siemens et ThyssenKrupp. Tous les projets de prolongation de la ligne en Chine ont vite été abandonnés. Et l’Allemagne elle- même, de son côté, a fini par abandonner le développement de sa technologie.
15Néanmoins, la Chine a poursuivi sans relâche ses recherches. Pour les basses vitesses, elle a développé et mis en service des matériels à usage périurbain :
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à Changsha (capitale de la province du Hunan) depuis le 6 mai 2016, entre la gare de Changsha-Sud et l’aéroport international de Changsha-Huangsha, avec une vitesse maximale de 100 km/h,
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à Beijing depuis le 30 décembre 2017, pour la ligne S1 du métro qui dessert sept stations sur 9,1 km à la vitesse maximale de 100 km/h.
16Pour les hautes vitesses, les recherches et essais se poursuivent activement en Chine. Portant sur les trente prochaines années, le plan national de transport publié en février 2021 a prescrit le développement de la technologie des trains à sustentation magnétique à la vitesse de 600 km/h. Les premiers essais d’un matériel capable de circuler à 600 km/h, étudié depuis 2016 par la société CRRC Qingdao Sifang, ont eu lieu à Shanghai en juin 2020. Un autre matériel roulant pouvant atteindre 620 km/h a été présenté à Chengdu (province du Sichuan) en janvier 2021 : il est développé notamment par l’Université Southwest Jiaotong. Dans la province du Shanxi, la construction d’une ligne d’essais a commencé en mai 2021 : elle permettra notamment d’étudier le comportement du matériel roulant à des vitesses supérieures à 1 000 km/h.
Une startup française aussi réfléchit à des maglevs.
17En France, reprenant en partie les principes de l’Aérotrain de Jean Bertin (abandonné en 1977), la jeune société Spacetrain a conçu un système de navettes (pouvant emporter de 60 à 250 voyageurs), circulant à l’air libre à 540 km/h, à sustentation sur coussin d’air, propulsées par des moteurs à induction linéaire à stator court, alimentées en énergie par de l’hydrogène et des piles à combustible.
18Mais l’État a refusé en 2020 que Spacetrain réutilise la vieille infrastructure de l’Aérotrain pour des essais. En 2021, plusieurs articles de presse ont affirmé que la société affrontait de graves difficultés financières.
Venons-en maintenant aux vactrains, en commençant par une petite leçon d’histoire.
Aucun projet de vactrain n’a pu être réalisé.
19Faire circuler des véhicules dans des tubes sous vide à très grande vitesse (vactrain ou vacuum tube train), proche de la vitesse du son si elle est mesurée au niveau de la mer (environ 1 220 km/h à 15 °C), est un vieux sujet de recherche.
20Combiner le vide et la lévitation magnétique (pour faire circuler un magnetic train ou maglev train) a déjà été approfondi par l’Américain Robert H. Goddard il y a une centaine d’années. Comme par le Russe Boris Weinberg à la même époque. En 1914, Émile Bachelet (Français, puis Américain) a présenté à Londres, lors d’une exposition, un démonstrateur de train à sustentation magnétique à échelle réduite (le Flying Train), qui fit sensation ; son inventeur assurait que son train volant pourrait atteindre la vitesse de 480 km/h.
21La société américaine ET3, dirigée par Daryl Oster, détient aujourd’hui une licence (Evacuated Tube Transport ou ETT) pour le transport d’un véhicule automatique (de la taille d’une voiture individuelle) dans un tube sous vide de petit diamètre (1,5 m). Son dessein est de recourir à la sustentation magnétique et aux moteurs linéaires, pour des vitesses pouvant être extrêmement hautes : de 370 milles à 4 000 milles par heure (entre 600 km/h et 6 450 km/h).
22En Suisse, le projet Swissmetro a fait l’objet de nombreuses études, conduites notamment par l’École polytechnique fédérale de Lausanne (ÉPFL) et par la société anonyme Swissmetro fondée en janvier 1992. Étudié durant 20 ans, le projet consistait à faire circuler des trains à sustentation magnétique dans des tunnels de 5 m de diamètre, avec un vide partiel d’air (environ 10 % de la pression atmosphérique au niveau de la mer, soit quelque 10 000 Pa). L’objectif était de faire circuler, à la vitesse de 500 km/h, des trains emportant 200 voyageurs au moins toutes les 4 ou 6 minutes. Il y a eu plusieurs projets de ligne commerciale (Genève-Lausanne, etc.), mais aucun n’a vu le jour. En novembre 2009, le conseil d’administration de la société Swissmetro a officiellement considéré que le projet ne pouvait voir le jour. L’ÉPFL n’a néanmoins pas abandonné toute suite à ce projet, puisqu’aujourd’hui, avec sa startup appelée Swisspod, elle étudie et teste la propulsion et la sustentation de capsules, et elle vient d’annoncer son intention de construire à Pueblo (Colorado, États-Unis) un centre d’essais pour de futurs hyperloops.
Les études et projets d’hyperloop fleurissent un peu partout dans le monde.
23De nombreux pays, à des stades divers, approfondissent la question des vactrains à très haute vitesse. Pour des vitesses maximales égales ou supérieures à 1 000 km/h, nous employons ici le mot hyperloop.
24En Corée du Sud, l’Institut de recherche ferroviaire (Korea Railroad Research Institute, dit Korail ou KRRI) conduit des projets de recherche sur des transports collectifs à des vitesses supérieures à 1 000 km/h. En novembre 2020, l’Institut a annoncé avoir réussi un test avec un modèle réduit au 1/17e : vitesse de 1 019 km/h, dans un tube long de 60 m, la pression résiduelle étant de 100 Pa. L’Institut projette de mettre en place un service commercial d’hyperloops en 2024 en Corée du Sud.
25La Chine s’intéresse aussi, mais à un degré moindre, à ces transports sous vide à très haute vitesse. Ainsi, des études ont-elles été entreprises par un laboratoire (le National Key Laboratory of Traction Power) de l’Université Jiaotong du Sud-Ouest (Southwest Jiaotong) à Chengdu dans le Sichuan. En 2018, la société automobile Geely a annoncé avoir passé un accord avec China Aerospace Science and Industry Corp. (CASIC) pour étudier un système d’hyperloops ; mais elle n’a publié aucun résultat de ses travaux depuis lors.
26Depuis l’annonce d’Elon Musk en août 2013, environ 450 millions d’euros ont été collectés pour des études et essais, le plus souvent des fonds privés. Dont 340 millions par la seule entreprise Virgin Hyperloop One.
27L’idée d’un transport dans des tubes aériens, et non dans des tubes souterrains, est séduisante. Car les tunnels coûtent cher. Mais la construction en surface est de plus en plus difficile en Europe : elle est même presque impossible dans les agglomérations. Il paraît inéluctable qu’en partie au moins, pour cette première raison, les lignes d’hyperloop soient souterraines, comme dans le projet Swissmetro. Mais dans tous les cas, les coûts de construction et de maintenance seront élevés, alors même que de nombreuses incertitudes techniques demeurent.
Les tubes aériens sur pylônes ne sont jamais rigides.
28Un tube d’acier est élastique. Les deux tubes aériens des hyperloops seront soumis aux pressions des températures externes et internes comme à celles des vents. Ils seront soumis aux forces internes provoquées par les capsules dans les courbes, les rampes et les pentes. Ils seront soumis encore à leur propre poids entre deux pylônes. Les mouvements irrépressibles des tubes seront-ils suffisamment bien maîtrisés pour garantir la sécurité des circulations si rapides à l’intérieur ? Dans le cas d’Hyperloop Alpha, la surface intérieure des tubes serait-elle telle qu’aucune imperfection de métallurgie ne vienne gêner la course des skis glissant à 1 200 km/h sur des coussins d’air dont l’épaisseur serait inférieure à 1,5 mm ? De cela, on peut douter. Il faudrait un tube bien plus robuste et stable qu’il n’est prévu, donc de conception difficile et de construction onéreuse. C’est une des raisons pour lesquelles tous les projets actuels ont finalement abandonné la sustentation sur coussin d’air (Air-Cushioned Suspension) comme nous l’avons déjà écrit.
29Sans conteste, la maîtrise des tubes serait beaucoup plus facile s’ils étaient enterrés, comme le sont d’ailleurs la plupart des pipelines.
L’air dans les tubes ne doit jamais franchir le mur du son.
30La question des vitesses de l’air dans les tubes est cruciale. Le projet Swissmetro s’était attaché à vaincre cette difficulté : ne jamais avoir d’écoulements d’air qui franchissent le mur du son. Même si le vide est bien plus complet, la gageure sera rude pour les projets d’hyperloops.
31Dans le cas du projet Hyperloop Alpha, les simulations faites en 2016 par la société Ansys, dont le siège est à Canonsburg en Pennsylvanie (États-Unis), ont prouvé que les formes et dimensions du projet ne permettaient pas en l’état des vitesses toujours subsoniques. L’espace entre la paroi intérieure des tubes et les capsules est extrêmement étroit dans la version du projet d’Elon Musk, rappelons-le.
La compression et le refroidissement de l’air aspiré constituent un grand défi.
32La solution retenue dans le projet Hyperloop Alpha pour vaincre l’effet piston, c’est-à-dire la compression derrière la capsule de l’air pris en avant, permet en théorie de résoudre le problème fondamental de tous les vactrains : trouver le meilleur rapport entre les trois paramètres que sont le diamètre intérieur du tube, la pression résiduelle de l’air dans le tube et le ratio de blocage du tube (blockage ratio en anglais).
33Mais, selon une étude en 2012 de Yaoping Zhang (École du transport et de la logistique, Université Jiaotong du Sud-Ouest, Chengdu, Chine), il faut, pour atteindre la meilleure économie à très hautes vitesses, que le diamètre intérieur du tube soit compris entre 2 et 4 mètres, et que la pression de l’air y soit comprise entre 1 000 et 10 000 pascals (Pa), c’est-à-dire qu’elle soit inférieure à un dixième d’atmosphère. S’agissant du troisième paramètre, à savoir le ratio de blocage, il doit être compris, selon l’auteur, entre 0,25 et 0,7. Bien entendu, plus petit est le ratio, c’est-à-dire plus étroit est le mobile par rapport au tube, plus grand est le coût nécessaire au maintien du vide dans le tube. Si le projet Swissmetro entrait assurément dans ce cadre, ce n’est pas du tout le cas du projet Hyperloop Alpha : il doit compenser le caractère extraordinaire de sa vitesse par des techniques innovantes, singulièrement la compression et le refroidissement de l’air aspiré devant chaque capsule. Tout cela est très difficile. C’est la raison pour laquelle tous les projets d’hyperloops, sauf celui de Transpod, ont abandonné l’idée d’utiliser de l’air comprimé pour propulser les capsules, comme tous ont abandonné l’idée du coussin d’air pour obtenir la lévitation.
La cadence des capsules doit être extraordinairement haute pour que le débit soit intéressant.
34Le projet Hyperloop Alpha est fondé sur un départ toutes les trente secondes à chaque terminal en heure de pointe. C’est une fréquence impressionnante au regard des transports actuels ! Prenons un exemple. Sur les lignes ferroviaires à grande vitesse, l’Europe est en train d’installer partout un nouveau système de contrôle-commande (European Rail Traffic Management System ou ERTMS). Pour les lignes à grande vitesse, il permettrait de rapprocher les uns des autres, en toute sécurité, les trains lancés à pleine vitesse (300 ou 320 km/h), et de porter le nombre des trains circulant sur la même voie dans le même sens à 18, au lieu de 12. Cela correspond à un départ toutes les 200 secondes. C’est dire toute la difficulté, au regard de la sécurité en particulier, qu’il y aurait à faire circuler en une heure, dans les tubes d’Hyperloop, dix fois plus de véhicules à une vitesse quatre fois plus haute !
35C’est pourquoi les projets actuels ont desserré plus ou moins cette contrainte. Ainsi Transpod annonce-t-il un départ toutes les 80 secondes.
Vue d’artiste d’une capsule pour 28 passagers, portes ouvertes dans une station
© Spacex
La sécurité et la sûreté n’ont guère encore été l’objet de publications.
36Les rapports ou articles techniques publiés par les startups et les chercheurs indépendants ne portent presque jamais sur les questions de sécurité et de sûreté. Or, comme nous l’avons rappelé précédemment, ce sont les questions les plus importantes et les plus difficiles. Tout dossier de sécurité devra démontrer la capacité du système à maîtriser de nombreux dangers : arrêt soudain de la propulsion, arrêt soudain de la lévitation, incendie à l’intérieur ou à l’extérieur des tubes, dépressurisation rapide dans un tube, urgence à évacuer des voyageurs, freinage d’urgence, tremblement de terre, inondation, vents violents, malveillance et acte de terrorisme, etc.
37Les difficultés techniques qui viennent d’être brièvement présentées ont conduit les entreprises pionnières à modifier peu ou prou le projet initial d’Elon Musk (Hyperloop Alpha).
Virgin Hyperloop One ne peut encore se prévaloir que d’essais à des vitesses inférieures à 173 km/h, sur une piste longue d’un demi-kilomètre seulement.
38La société Virgin Hyperloop One est une société américaine de Los Angeles, forte de deux cents employés. En France, elle s’est un peu associée avec la SNCF. Depuis 2017, son président (non exécutif) est Richard Branson, le fondateur de Virgin Group. C’est l’entreprise d’hyperloops qui a rassemblé à ce jour le plus gros financement pour des investissements : 500 millions d’euros.
39La société a construit une piste d’essai de 500 m à Las Vegas dans le Nevada (États- Unis). C’est là qu’elle a accompli le 8 novembre 2020 un essai avec deux personnes à bord d’une capsule (nommée XP-2), à la vitesse maximale de (seulement) 172,8 km/h. La société projette maintenant de construire une ligne d’essais de 11 km.
40Comprenant un tube de 6 milles de longueur, un projet de « Hyperloop Certification Center » pour Virgin Hyperloop One est à l’étude à Charleston (Virginie-Occidentale, États-Unis).
41La société a signé un accord en Inde (État du Maharashtra dont la capitale est Mumbai) le 18 février 2018 en vue de la construction d’une ligne de 140 km entre Mumbai et Pune. La société a alors expliqué à la presse que la ligne pourrait transporter 150 millions de personnes par an. La première phase du projet serait une ligne d’essais de 11,4 km entre Gahunje et Ozarde. Selon les plus récentes déclarations des personnalités politiques de la province indienne, le projet n’aurait pas avancé d’un pouce depuis trois ans et demi…
42La société veut commencer une exploitation commerciale dès 2030. En septembre 2021, elle a précisé dans une vidéo son objectif : atteindre une vitesse de croisière de 1 078 km/h.
Hyperloop Transportation Technologies (ou HyperloopTT) ne fait encore des essais que sur une piste de 320 m.
43Également connue sous le nom de HTT, cette société de recherche américaine est constituée selon une approche de collaboration en masse (mélange de collaboration d’équipe et de crowdsourcing). Elle travaille à un transport à 760 milles par heure : 1 223 km/h, soit précisément la célérité du son à 15 °C au niveau de la mer. Chaque capsule emporterait de 28 à 50 voyageurs. Le trafic sur une ligne pourrait être d’au moins 160 000 voyageurs par jour. Les tubes seraient placés sur des pylônes ou sous terre, selon le relief. Le diamètre des tubes serait de 13 pieds (environ 4 m). La pression y serait inférieure à 100 Pa, environ un millième de la pression atmosphérique au niveau de la mer. Le pompage de l’air, étudié avec la société Leybold, se ferait avec des pompes tous les 6,2 milles (10 km). Des roues placées sous les capsules leur permettraient de s’arrêter en cas de nécessité : c’est là le désavantage de la sustentation électrodynamique dite EDS. La société insiste sur la grande valeur du nouveau matériau qu’elle a mis au point pour envelopper les capsules : le vibranium, comprenant 82 couches de carbone à l’intérieur desquelles se trouvent de nombreux capteurs.
44La société fait valoir qu’elle a conclu en 2018 un contrat pour des recherches et essais dans la ville de Tongren (province du Guizhou en Chine). Dans une première phase, une ligne d’essais de 10 km y serait construite. Pour le moment, aucune exécution n’a commencé.
45Bien d’autres accords très préliminaires ont été conclus : au Brésil, en Slovaquie, en Corée du Sud, aux Émirats arabes unis (projet Dubai- Abu Dhabi), aux États-Unis (Ohio, Illinois), en Inde (projet entre Armaravati et Vijaywada), en Indonésie, en Tchéquie, en Ukraine, etc. Mais aucune réalisation n’a encore démarré.
46En mars 2019, la société a fini de construire une piste d’essai de 320 m à Toulouse dans l’ancienne base aérienne de Francazal, juste à côté de son centre de recherche et développement.
47En juillet 2021, HyperloopTT a annoncé un accord avec un opérateur de terminal dans le port de Hambourg (Allemagne) : Hamburger Hafen und Logistik AG (HHLA). L’objet est d’étudier un transport de containers par hyperloop, au rythme de 2 800 conteneurs (équivalents de vingt pieds) par jour. Chaque capsule emporterait un ou deux conteneurs. Un démonstrateur devrait être présenté au congrès ITS World en octobre 2021.
La société projette de construire une piste d’essais de 5 km à Abu Dhabi. Budget : 138 millions d’euros.
TransPod est la seule entreprise à avoir choisi la technologie des moteurs à induction linéaire à stator court, seulement utilisés aujourd’hui pour des lignes de métro à basse vitesse.
48La société Transpod a été fondée à Toronto (Canada) en 2015 par Sébastien Gendron et Ryan Janzen. Le projet de la société TransPod est un système de transport à une vitesse pouvant monter jusqu’à 1 200 km/h, pour des lignes de longueur comprise entre 100 km et 1 000 km, avec un départ de capsules (appelées pods) toutes les 80 secondes.
49Le projet de Transpod emploierait des moteurs à induction linéaire à stator court (comme Hyperloop Alpha) pour propulser les pods, mais pas de propulsion avec air comprimé (contrairement à Hyperloop Alpha). Cette technologie du stator court présente deux avantages : une voie moins chère (car la partie active est dans le mobile), une force de poussée de qualité. Mais elle présente un gros inconvénient : nécessité de transporter et de stocker beaucoup d’énergie à bord des mobiles. La transmission de l’énergie aux pods se ferait grâce à des plasmas entre un troisième rail fixé dans chaque tube et les mobiles (innovation brevetée). Un système d’inclination automatique des pods, breveté lui aussi, permettrait aux voyageurs de supporter plus facilement les accélérations et les forces latérales dans les courbes.
Des recherches sont faites par la société dans bien d’autres domaines techniques.
50Chaque pod transporterait des voyageurs (entre 27 et 50, selon les études les plus récentes), ou bien des marchandises de charge utile comprise entre 10 et 15 tonnes.
51La société négocie avec l’Alberta (Canada) pour construire une piste d’essais (longue de 10 à 20 km). Ce pourrait être le premier tronçon d’une future ligne Edmonton-Calgary : longueur de quelque 300 km, vitesse de croisière vers 700 ou 800 km/h, coût de 22,4 milliards de dollars canadiens (environ 15 milliards d’euros).
52Depuis 2018, la société prépare une piste d’essais de 3 km (à l’échelle 1 sur 2) sur la commune de Droux en Haute-Vienne (France). Mais, trois ans plus tard, aucun aménagement n’a encore commencé ; la société a néanmoins fait savoir en septembre 2021 que le défrichement du terrain allait bientôt commencer.
Les autres entreprises pionnières (Hardt Hyperloop aux Pays-Bas, Zeleros en Espagne, Nevomo en Pologne, etc.) n’ont jamais fait d’essais d’importance.
53Hardt Hyperloop, société néerlandaise, est en train de construire une piste d’essais pour 30 millions d’euros. Ses recherches portent d’abord sur le transport de fret : route des fleurs Amsterdam-Rotterdam, étoile européenne autour de l’aéroport d’Amsterdam-Schiphol, etc. Hardt Hyperloop a particulièrement étudié la difficile question du changement de voies. La société espère participer, avec les autres entreprises d’hyperloops, à l’édification, pour le transport de fret, d’un grand réseau européen de 100 000 km, pour un coût de 3 000 milliards d’euros (30 millions d’euros par km, soit le même ordre de grandeur que le coût par km de la LGV projetée entre Bordeaux et Toulouse).
54L’entreprise Zeleros, de Valence (Espagne), veut déployer dès 2030 des projets d’hyperloops : lignes entre 400 km et 1 500 km, vitesse de 1 000 km/h. La pression dans les tubes serait moins basse que dans les autres projets : 5 000 Pa environ (au lieu de 100 Pa pour Hyperloop Alpha). La propulsion se ferait avec des moteurs à induction pour l’accélération, puis à vitesse de croisière avec des moteurs à compression d’air (avec turbine). Comme Hardt Hyperloop, Zeleros se concentre d’abord sur le transport du fret. La startup espagnole vient seulement de lever un premier fonds de 7 millions d’euros. C’est encore bien peu.
55L’entreprise polonaise Nevomo cherche dans un premier temps à développer son concept innovant de magrail : un projet de trains très rapides (jusqu’à 415 km/h), qui s’intégrerait avec d’anciennes infrastructures ferroviaires en réutilisant des voies et du matériel roulant. Elle a le projet de faire bientôt des essais à 550 km/h sur des voies ferrées déjà construites en Pologne. Elle a passé accord à cette fin avec le groupe de chimie CIECH (3 000 employés), qui lui donnera accès à ses installations ferroviaires. Les travaux d’aménagement commenceraient à l’été de 2021. Nevomo a aussi passé un accord de principe avec le gestionnaire italien des infrastructures ferroviaires (RFI). Dans un deuxième temps, selon un autre concept appelé Hyperrail, les trains circuleraient dans des tubes à basse pression placées au-dessus des voies ferrées, à des vitesses atteignant 1 000 km/h. Dans un troisième temps, Nevomo engagerait vraiment un projet d’hyperloops avec des lignes spécialisées.
56À ce jour, il n’y a aucune ligne de transport d’hyperloops en construction ou en exploitation dans le monde. Seules de courtes pistes aériennes d’essai ont été construites. La société la plus en avance, Virgin Hyperloop One, envisage des premiers « projets pilotes », dans le seul but de prouver la sécurité du système de transport, entre 2024 et 2026 (déclaration de juin 2021), pas avant.
Sur l’échelle de 1 à 9 mesurant la maturité technologique, les projets d’hyperloop ne sont guère parvenus qu’aux niveaux 2 ou 3.
57Dans une décision de 2014, la Commission européenne a défini neuf niveaux de préparation technologique (Technology Readiness Levels, TRL), pour mesurer la maturité d’une technologie quelle qu’elle soit. Les cinq premiers niveaux sont appelés : (1) Principes de base observés, (2) Concept technologique formulé, (3) Preuve de concept expérimental, (4) Technologie validée en laboratoire, (5) Technologie validée dans un environnement pertinent. Le niveau où se placent les technologies d’hyperloop n’est sûrement aujourd’hui que le niveau TRL 2 ou le niveau TRL 3.
58Au contraire, les maglevs à l’air libre pouvant circuler à haute vitesse (environ 600 km/h) recourront à des technologies qu’on peut désormais considérer comme presque matures au Japon comme en Chine. On est ici au niveau TRL 7 : Démonstration de prototype dans un environnement opérationnel.
Quand bien même elles seraient prometteuses, les différentes technologies d’hyperloop doivent encore faire leurs preuves, surtout au regard de la sécurité des transports.
59La synthèse des données publiées par les entreprises, les universités et les consultants montrent que la faisabilité des projets d’hyperloop est loin d’être prouvée, quelle que soit la technologie choisie. Le chemin est encore très long. Les échéances plus ou moins brèves qui sont avancées par toutes les startups, pour répondre à l’attente de leurs bailleurs de fonds et de leurs prospects, ne sont fondées à notre connaissance sur aucun planning rigoureux. Le défaut de conclusions solides et de preuves avérées concernant la sécurité est sûrement le point le plus préoccupant. L’écart est encore trop large entre l’optimisme de la volonté qui anime l’esprit des pionniers, et le pessimisme de la raison qui retient les observateurs !
60Comme l’a écrit, en conclusion de son rapport de juillet 2018, l’Office parlementaire d’évaluation des choix scientifiques et techniques (France) : « À ce stade, cette technologie prometteuse doit encore faire ses preuves. ». C’est toujours vrai en 2021.
61Plongeant dans l’imaginaire de Jules Verne, les médias font leur miel du projet Hyperloop ou des récents voyages dans l’espace de quelques milliardaires. L’accroissement des vitesses de déplacement ayant été au cœur de la transformation des modes de vie issue des révolutions industrielles, le mouvement n’est-il pas appelé à se poursuivre ?
62Pour répondre à cette question, l’approche technique ne suffit pas. Chercher à battre des records de vitesse est peu pertinent, il est préférable de se demander pourquoi l’aviation supersonique a été un échec commercial (voir encadré 2) et pourquoi la vitesse routière moyenne est très inférieure à celle que peuvent atteindre les automobiles. Pour cela, il est nécessaire de se pencher sur les enjeux économiques de la vitesse. Nous le ferons en présentant la notion de vitesse généralisée et ses deux composantes : la vitesse physique et la vitesse économique. Or, c’est cette dernière qui, au cours des dernières décennies, est devenue capitale. Aujourd’hui, se polariser sur les gains de vitesse physique est très réducteur.
63Les économistes des transports ont depuis longtemps développé la notion de coût généralisé d’un déplacement [Abraham, 1961]. Ce dernier s’établit en monnaie, en additionnant le coût monétaire du déplacement et l’équivalent monétaire du temps perdu durant le déplacement puisque, selon l’adage, le temps c’est de l’argent.
64Mais si le temps se convertit en argent, l’opération symétrique est possible. Le coût peut être mesuré en « temps généralisé » qui totalise le temps de transport et le temps de travail nécessaire pour payer le coût monétaire du déplacement correspondant. Le temps de transport est le rapport de la distance sur la vitesse soit, pour 1 km, 1/V, V étant la vitesse en km/h ; le temps de travail se mesure par le prix d’un km (k) rapporté au salaire horaire (w), soit k/w. Ainsi, pour un déplacement à 60 km/h payé 10 centimes le km par une personne payée 6 euros de l’heure, le temps généralisé est de deux minutes par km, une minute pour le trajet et une minute de temps de travail nécessaire pour payer le prix du billet.
65Sur la base de ce temps généralisé, une autre conversion est possible, dans une troisième unité de compte, la vitesse généralisée (Vg) qui varie comme l’inverse du temps passé. Elle se définit ainsi :
(1)
66Il s’agit d’une moyenne harmonique où entre en jeu la vitesse physique de déplacement (V) mais aussi la vitesse économique (w/k), soit le nombre de km que l’on peut acheter avec une heure de travail (w) compte tenu du coût kilométrique (k). Dans l’équation 1, apparaissent donc au dénominateur l’inverse de la vitesse physique (1/V) additionné à l’inverse de la vitesse économique, soit k/w.
- 5 Voir Frédéric Héran (2009)
67La vitesse généralisée a été développée par Ivan Illich, et Jean-Pierre Dupuy5 dans une perspective critique de la modernité, celle qui fonde les discours écologiques en faveur du vélo et contre les transports rapides, y compris collectifs comme l’avion ou le TGV. Ainsi, I. Illich déclarait : « A présent, les gens travaillent une bonne partie de la journée pour payer les déplacements nécessaires pour se rendre à leur travail. Le temps dévolu au transport croît dans une société en fonction de la vitesse de pointe des transports publics ». Notons qu’il n’évoque pas les impacts environnementaux, pourtant bien réels. Il se concentre sur les coûts pour les individus eux- mêmes via le gaspillage de temps. Mais pouvons-nous prendre cette dénonciation pour argent comptant ?
68Pour I. Illich (1973), la vitesse généralisée conduisait à remettre en question le règne de l’automobile, à laquelle ils attribuaient une vitesse généralisée moyenne de 6 km/h. Une fois pris en compte l’ensemble de ses coûts (achat, entretien, utilisation…), la voiture était à peine supérieure à la marche, et bien inférieure au vélo.
69Le problème est que cette estimation n’est plus conforme à la réalité. Les évolutions techniques et économiques ont progressivement réduit le coût d’achat et d’entretien de la voiture. A la fin des années 1960, le prix d’une petite voiture neuve représentait plus de 2 000 heures de travail au salaire minimum, plus d’une année de travail, contre environ 7 mois en 2020. Comme dans le même temps la vitesse routière a légèrement augmenté, la vitesse généralisée de l’automobile pour un déplacement Interurbain est devenue très supérieure à celle de la bicyclette, qui ne conserve de la pertinence que pour les petites distances.
70Le principal intérêt de la vitesse généralisée est donc, non pas de dénoncer le règne de l’automobile, mais d’expliquer sa large démocratisation. Dans la plupart des pays européens, elle représente environ 80 % des distances parcourues. Le recours à ce mode de transport n’est pas le signe d’une soumission des automobilistes à un système régressif et chronophage, il révèle au contraire l’adhésion à une pratique qui offre un accès à des activités et localisations diversifiées pour le travail, les relations sociales, les loisirs, les achats etc. Ce constat permet de remettre sur ses pieds la notion de vitesse généralisée, d’en faire non pas le support d’une dénonciation, mais une méthode aidant à comprendre le rôle clé de la vitesse économique, soit le pouvoir d’acheter un déplacement.
Encadré 2 : Le Concorde n’a pas franchi le mur de la vitesse économique
Le dernier vol du Concorde a eu lieu le 24 octobre 2003. Etait-ce la fin de l’ère supersonique pour l’aviation commerciale ? Certains ingénieurs et entrepreneurs pensent que non, et les projets de relance des supersoniques reviennent régulièrement dans les médias.
Mais est-ce une information ou un leurre destiné à entretenir un rêve ? Outre la question du bruit lié au franchissement du mur du son, le renouveau du transport supersonique se heurte principalement à un problème économique. En 2003, un aller-retour en Concorde de Paris à New York coûtait 15 fois plus cher qu’un vol classique, près d’un euro le km contre six centimes pour un vol subsonique en classe touriste. Il est possible de transformer ces prix unitaires en vitesse en considérant le temps de travail nécessaire pour payer le billet d’avion. Ainsi, une personne payée au salaire minimum en 2003 (environ 6 € nets par heure) disposait d’une vitesse économique de 6 km/h avec le Concorde mais de 100 km/h pour un vol classique. Dans le premier cas 2 000 heures de travail étaient nécessaires contre 120 dans le second.
Le problème est que même les hauts revenus ne peuvent s’offrir les vitesses supersoniques. Toujours en 2003, pour une personne disposant d’un revenu dix fois supérieur au SMIC (60 €/ heure), la vitesse économique du Concorde n’était que de 60 km/h contre 1 000 km/h pour un vol classique. Les ingénieurs qui promeuvent les avions et les trains hypersoniques doivent comprendre que les gains de vitesse sont une condition nécessaire mais non suffisante pour réaliser leur rêve. Rechercher la vitesse quoi qu’il en coûte revient donc à se limiter à une clientèle de niche, comme le montrent les récents voyages suborbitaux de célèbres milliardaires.
71En combinant les trois variables clés de la vitesse généralisée (V, w et k), deux enseignements majeurs apparaissent :
-
Le premier est qu’à vitesse physique constante, la vitesse généralisée augmente si la vitesse économique progresse. Il suffit donc d’une hausse du revenu, et/ou d’une baisse du coût monétaire du transport, pour que la vitesse généralisée croisse. Cela nous éclaire sur la corrélation forte qui existe entre niveau de revenu et distances parcourues.
-
Le second est que les gains de vitesse se heurtent à des rendements décroissants. Pour gagner deux heures entre Paris et Lyon avec le TGV, il a fallu doubler la vitesse des trains. Mais si nous étions demain capables de doubler encore la vitesse sur cet axe, nous ne gagnerions qu’une heure, et seulement une demi-heure avec une nouvelle multiplication par deux de la vitesse physique (voir encadré 3). Corollaire de cette baisse des rendements, les coûts sont de plus en plus exorbitants et la vitesse économique devient la variable clé car le principe de la moyenne harmonique veut que plus la vitesse physique augmente, moins son impact est grand (Crozet 2016).
- 6 Soit Vg = 1 / ((1/∞) + (1/6)) = 6
(1/∞) tendant vers 0, seule ne compte plus à la limite que la v (...)
72Nous pouvons le démontrer par l’absurde. Si la vitesse du Concorde avait été infinie en 2003, alors la vitesse généralisée aurait été proche de la vitesse économique, respectivement, de 6 km/h pour le salaire minimum6 et de 60 km/h pour une personne gagnant dix fois plus.
73Ainsi, aux seuils actuels de vitesse atteints par les automobiles, les trains ou les avions, la variable principale de la vitesse généralisée est la vitesse économique, soit le rapport entre le revenu et le coût au kilomètre. Il ne suffit pas d’accroître la vitesse physique pour qu’un mode de transport se démocratise. Il est aussi nécessaire que sa vitesse économique soit abordable.
Encadré 3 : Cho Shinkansen vs TGV à la lumière de la vitesse généralisée
Comme expliqué plus haut, le futur maglev japonais va permettre un gain de temps appréciable entre Tokyo et Nagoya, grâce à un parcours réduit de 80 km et à une vitesse près de deux fois supérieure à celle du train Shinkansen sur la ligne actuelle (220 km/h pour le meilleur temps de parcours). Que se serait-il passé si JR Central, pour éviter les risques liés à la technologie peu éprouvée du maglev, avait choisi d’exploiter la ligne nouvelle avec un TGV de dernière génération ? Avec une vitesse moyenne de 330 km/h, le voyage entre Tokyo et Nagoya prendrait 52 mn au lieu de 40 minutes avec le maglev et 1 h 40 pour le Shinkansen actuel. 12 petites minutes d’écart seulement pour un différentiel de vitesse de 100 km/h, un bel exemple de rendement décroissant des gains de vitesse ! En outre, quel serait le coût de ces 12 minutes gagnées pour les voyageurs ?
La vitesse généralisée permet de répondre à cette question avec quelques hypothèses simples. Le prix de base d’un billet Tokyo-Nagoya est aujourd’hui d’environ 100 € (0,27 €/km). On peut penser que JR vendrait plus cher les billets permettant de gagner une heure, par exemple 125 € (0,44 €/km) pour le maglev contre 110 (0,38 €/km) pour un TGV sur la nouvelle ligne. Cette différence s’explique par un gain de temps un peu moindre, mais aussi par un coût plus élevé du maglev dont la consommation d’énergie pourrait être de 30 % supérieure à celle du TGV, principalement du fait de la vitesse. Le coût serait donc aussi plus élevé, voire beaucoup plus élevé, pour JR central.
- 7 Exemple de calcul pour w = 80, Vg TGV = 1/((1/330)+(0,38/80)) = 128 km/h et Vg maglev = 1/((1/430 (...)
En utilisant la formule de la figure 2, le lecteur pourra calculer que malgré une vitesse physique moindre, la vitesse généralisée du TGV est supérieure à celle du maglev pour un salaire horaire (w) ou valeur du temps, de 20, 40 et même 70 € par heure. Les vitesses généralisées s’égalisent à 80 €7 par heure et restent proches ensuite. JR central a donc choisi le risque. Au lieu d’une amélioration incrémentale des Shinkansens classiques sur une ligne nouvelle plus courte, JR Central, forte de la rente financière qu’elle tire de la ligne actuelle, a choisi une innovation de rupture, dont les coûts sont mal connus, pour la construction mais aussi pour l’exploitation (que se passe-t-il quand une rame est en panne sur la voie ? Elle n’a pas de roues, ne peut être tractée !). Les 100 km/h supplémentaires de vitesse ne risquent-ils pas d’être payés très cher ? Rappelons que si l’Allemagne a abandonné la technologie maglev, au grand dam de Siemens, c’est justement parce qu’en termes de gains de temps et de coûts, le jeu n’en valait pas la chandelle.
- 8 Notons qu’Hyperloop ne propose pas une vitesse physique supérieure à l’aviation subsonique, alors (...)
74Dans quelle mesure Hyperloop pourrait-il offrir une vitesse généralisée supérieure à celle du TGV8 ? Prenons une hypothèse favorable : sa vitesse physique serait bien trois fois supérieure à celle du TGV. Mais son coût kilométrique serait de 50 % supérieur à celui du TGV, 15 centimes par km au lieu de 10 pour le service INOUI. Alors, la vitesse généralisée d’Hyperloop resterait inférieure à celle du TGV pour toute personne gagnant moins de 2,5 fois le salaire minimum (25 € par heure). A ce niveau de revenu, les vitesses généralisées du TGV et d’Hyperloop sont les mêmes.
(2)
75Pour la grande majorité, une multiplication par 3 de la vitesse n’apporte rien si le prix progresse de 50 %, illustration des rendements décroissants des gains de vitesse. Une autre façon de montrer le rôle clé de la vitesse économique est de rappeler qu’avec les services OUIGO, qui coûtent 5 centimes par km, la vitesse économique du TGV est de 192 km/h pour une personne gagnant 2,5 fois le Smic.
- 9 Avec deux rames, un TGV peut embarquer 1 000 passagers et les nouvelles techniques de régulation (...)
76Mais le problème principal est que l’hypothèse d’un coût de 15 centimes le km est irréaliste, car le prix pour le passager dépend aussi de la capacité d’emport et du débit, donc de la distance, ou temps de sécurité, entre chaque véhicule. Si la navette Hyperloop ne compte qu’une trentaine de passagers comme annoncé, pour atteindre le même débit que le TGV, soit au moins 15 000 voyageurs/heure9, il faudrait 500 navettes par heure, soit plus de 7 par minute, une toute les 8 secondes. Que deviennent alors les normes de sécurité ? Même en imaginant qu’il n’y aurait qu’une minute d’écart entre chaque navette se mouvant à 1 000 km/h, il faudrait, pour atteindre un débit de 15 000 voyageurs/h, que chaque navette Hyperloop ait une capacité de 250 personnes. Le poids devient alors un problème car il accroît fortement le coût de construction et la consommation d’énergie. Les incertitudes techniques nous ramènent ainsi aux questions économiques. Quel sera le prix du trajet pour l’utilisateur et quel sera le coût en subvention pour la collectivité ?
77Or, les aides publiques seront indispensables pour une autre raison, tellement évidente qu’elle est oubliée alors qu’elle est déterminante. La très très grande vitesse n’a d’intérêt que pour les grandes distances. Ainsi, pour faire 100 km (Orléans-Paris), il faut une heure à 100 km/h, 30’ à 200 km/h, 20’ à 300 km/h et 10’ à 600 km/h. Mais pour faire 1 000 km, il faut 10 heures à 100 km/h, 3h20’ à 300 km/h et 1h40’ à 600 km/h. Un projet de type Hyperloop n’a d’intérêt que pour de grandes distances. Mais cela suppose de construire et de maintenir une infrastructure très coûteuse sur des centaines de km, alors même que sur de telles distances, la demande potentielle est limitée. Une question simple surgit alors. Depuis des décennies, des avions transportent à longue distance, à des vitesses élevées et avec de faibles consommations d’énergie, des petits groupes de passagers. Il faudra faire la preuve de l’intérêt socio-économique qu’il y a à ramener sur terre, et à grands frais (reproduire dans un tube de plusieurs centaines de km la faible résistance de l’air qui existe à haute altitude), un service déjà fourni par le transport aérien !
78Le progrès technique a joué un rôle majeur dans l’extraordinaire développement économique des pays industrialisés. Dans la seconde moitié du xxe siècle, l’accès à la vitesse s’est démocratisé avec l’automobile, mais aussi l’avion et la grande vitesse ferroviaire. Cette dernière a été un progrès décisif qui s’est largement diffusé au Japon, en Europe et en Chine. Cependant, au début du xxie siècle, les systèmes de transport ont été principalement améliorés par la révolution numérique et les systèmes d’information. Pour les automobiles comme pour les trains ou les avions, la vitesse de déplacement n’a pas changé. L’accent a été mis sur la qualité et la régularité de services destinés au plus grand nombre.
79Avec le projet Hyperloop, la feuille de route du progrès technique remet la recherche de vitesse au sommet de l’agenda des laboratoires. Comme nous l’avons montré, il y a pourtant loin de la coupe aux lèvres. Pour des raisons techniques autant qu’économiques, cette innovation de rupture doit faire ses preuves. Les prototypes sont encore dans l’enfance et la commercialisation de ce type de service reste très incertaine.
80Il n’en va pas de même avec le projet japonais de maglev (Linear Cho Shinkansen) en cours de construction entre Tokyo et Nagoya. La sustentation magnétique est une innovation déjà ancienne et les rames d’essai ont déjà battu le record de vitesse du TGV. Mais la différence de vitesse commerciale entre les deux systèmes reste modeste. La capacité des maglevs à supplanter ou non les TGV se jouera donc dans les domaines économique et écologique (bruit, consommation d’énergie…).