Comment exploiter au mieux l’électromagnétisme dans le déplacement Hans Œrsted observe qu'une aiguille aimantée est déviée à proximité d'un fil parcouru par un courant. 1820 - Fondement de l'électromagnétisme Andrée Marie Ampère met alors en évidence l'interaction entre deux fils parcourus par des courants. 1827-Première théorie de l'électromagnétisme Michael Faraday arrive à créer un courant à partir d'un aimant mettant ainsi en évidence le phénomène d'induction. 1831-L'induction James Maxwell élabore une première théorie électromagnétique de la lumière. Il est ainsi admis que la propagation de la lumière est un phénomène électromagnétique 1865-Le rayonnement électromagnétique L'ÉLECTROMAGNÉTISME EST L'ÉTUDE DES PHÉNOMÈNES R É S U LTA N T D E L'INTERACTION DES COURANTS ÉLECTRIQUES ET DES CHAMPS MAGNÉTIQUES L'interaction électromagnétique est l'interaction fondamentale dont les effets sont les plus fréquents dans la vie courante. Ainsi la quasi-totalité des phénomènes de la vie quotidienne (en dehors de la pesanteur) découle de Pôle magnétique télécommunications l'électromagnétisme. La lumière Une interaction L'effet de l'interaction électromagnétique peut être attractif ou répulsif. Ces différences sont faciles à vérifier par les effets électrostatiques ou magnétiques (feuilles de papier, aimants, etc...). Caractéristiques . DE NOS JOUR, L'ÉLECTROMAGNÉTISME EST TRÈS UTILISÉ DANS LE D É P L A C E M E N T, M A I S A U S S I DANS TOUT CE QUI TOUCHE A U M O U V E M E N T. C'est le plus simple de tous le moteurs. Il est composé d'un stator (partie fixe) qui enveloppe le rotor (partie qui tourne) LE MOTEUR À COURANT CONTINU Le moteur conventionnel Le moteur asynchrone Le moteur synchrone Nous passerons rapidement sur leur fonctionnement du fait de leur complexité. Dans le moteur conventionnel, le rotor est connecté en série avec l'enroulement inducteur. Le couple de cette machine est indépendant du sens de circulation du courant et est proportionnel au carré de son intensité. Il peut donc être alimenté indifféremment en courant continu ou en courant alternatif, d'où son nom. En effet, le fait que le rotor soit en série avec le stator fait que les courants seront toujours opposés. LE MOTEUR CONVENTIONNEL La machine asynchrone a longtemps été fortement concurrencée par la machine synchrone dans les domaines de forte puissance, jusqu'à l'avènement de l'électronique de puissance. La machine asynchrone est utilisée aujourd'hui dans de nombreuses applications, notamment dans le transport (métro, trains, propulsion des navires), dans l'industrie (machines-outils), dans l'électroménager. Elle était à l'origine uniquement utilisée en moteur mais, toujours grâce à l'électronique de puissance, elle est de plus en plus souvent utilisée en génératrice. C'est par exemple le cas dans les éoliennes. Le principe de fonctionnement de ce moteur étant très complexe, il conviendra de ne pas trop détailler les explications. LE MOTEUR ASYNCHRONE L'enroulement au rotor est alimenté par un courant continu ce qui le rend semblable à un aimant. Il peut d'ailleurs être constitué d'aimants permanents, le rotor n'a alors plus besoin d'alimentation. Le champ magnétique du rotor créé cherche en permanence à s'aligner sur celui du stator. C'est le principe de la boussole (qui voit elle par contre un champ magnétique fixe). Cette machine est dite « synchrone » : le champ du rotor ne peut que tourner à la même vitesse que le champ du stator. LE MOTEUR SYNCHRONE Un moteur linéaire est essentiellement un moteur électrique qui « a été déroulé » de sorte qu'au lieu de produire un couple (rotation), il produise une force linéaire sur sa longueur en installant un champ électromagnétique de déplacement. LE MOTEUR LINÉAIRE -Ceux à accélération faible utilisés dans le transport aussi bien le Transrapid que le SkyTrain ou encore les trains a sustention électromagnétique. -Et ceux à accélération rapide dans les armes comme le canon magnétique et les engins spatiaux. Ces moteurs se divisent en deux grands groupes : Les trains à lévitations magnétiques représentent une avancée considérable dans le domaine du transport terrestre. En effet, comme ces trains sont en lévitation, les frottements entre les roues et les rails sont inexistants. Cela permet aux trains d’atteindre une vitesse maximale d’environ 550 Km/h. LES TRAINS A LÉVITATION MAGNÉTIQUE LES TROIS GRANDS PROJETS LE TRANSRAPID Le Transrapid est un projet allemand visant à relier l’aéroport de Munich à la ville grâce à un train à lévitation magnétique. Le seul Transrapid existant et fonctionnel se situe maintenant en Chine à Shanghai. Il est en service depuis 2002 et permet de relier l’aéroport et la ville. La ligne devait être plus longue, mais suite aux protestations des riverains, qui craignaient des nuisances dues à d’éventuelles radiations magnétiques. Le Transrapid a les mêmes caractéristiques que le Maglev. Leur différence réside dans leur moyen de lévitation, en effet la lévitation du Maglev est plus stable et n’a pas besoin d’être réglée aussi précisément que celle du Transrapid. PRINCIPE DE LEVITATION ET DE GUIDAGE La lévitation du Transrapid est permise par des électroaimants placés sous le train et ils vont alors interagir avec des barres de fer laminées qui sont placées dans un monorail en forme de T. Pour que le train puisse léviter, il faut que la force magnétique compense exactement la gravité. Grâce à cela, le train lévite à 1 centimètre du monorail. Comme on peut le voir sur la photo, le guidage en translation est permis par des électroaimants de guidages ainsi que des rails de guidages qui se repoussent mutuellement. Néanmoins ce type de propulsion est instable, en effet, il si la distance entre le stator et l’électroaimant augmente alors la force magnétique diminue et le train risque de toucher le monorail. C’est le même problème pour les électro-aimants de guidage. Le guidage en translation est le même pour le Transrapid ainsi que le Maglev. PRINCIPE DE TRACTION Son système de propulsion est un moteur linéaire à stator long synchrone qui génère des forces longitudinales. Concrètement, des bobinages sont disposés dans la voie. L'alimentation successive de ceux engendre le déplacement des champs électromagnétique permettant le mouvement du train. Le champ électromagnétique restera toujours a une certaine distance des zone métalliques du train de façon a garder une traction permanente. AVANTAGES La consommation énergétique de ces trains est assez faible. En effet, le TGV consomme 83 watts par personne et par kilomètre tandis qu’un train à lévitation magnétique consomme 47 watts par personne et par kilomètre. De plus, contrairement aux trains actuelles, les voies ne sont pas toutes électrifiées, seule la portion de voie où se situe le train sera électrifiée et cela permettra donc une plus grande économie sur les dépenses énergétique. Voir ci-dessous. INCONVENIENTS Le coût de la mise en place de ce train est très élevé puisqu’il faut déjà refaire entièrement les voix, puis vient ensuite la maintenance qui risque d’être importante et couteuse. LE MAGLEV Le Maglev (en anglais Magnetic levitation train) est un train expérimental qui est testé au Japon depuis 1990. Une ligne de 19 Km a été construite à Yamanashi pour ces tests. Depuis le 3 avril 1997, des essais sont régulièrement pratiqués et le 14 avril 1999, le Maglev a atteint une vitesse de 552 Km/h. AVANTAGES Le Maglev a les mêmes caractéristiques que le Transrapid. Leur différence réside dans leur moyen de lévitation, en effet la lévitation du Maglev est plus stable et n’a pas besoin d’être réglée aussi précisément que celle du Transrapid. Il consomme aussi quatre fois moins d’énergie qu’un avion et deux fois moins qu’une voiture. INCONVENIENTS Le prix de construction du Maglev est très élevé à cause de l’utilisation des supraconducteurs dans sa méthode de lévitation et que les réseaux ferroviaires modernes ne sont pas adaptés au Maglev, donc il faut aussi refaire toutes les voies. De plus, lorsque la vitesse du train passe en dessous des 100 Km/h, la lévitation devient alors impossible et le train doit alors rouler sur des pneus du même type que ceux des avions. Il n’est pas très adapté au transport de fret lourd. PRINCIPE DE LEVITATION Le Maglev circule sur une voie en forme de « U » équipée de bobines qui servent à la lévitation. Ces bobines sont situées sur les voies et sont traversées par un courant électrique, tandis que des aimants sont placés entre les wagons du train. Ces aimants sont refroidis à -269° C dans des réservoirs remplis d’hélium liquide (ces aimants sont donc des supra-conducteurs). Cela crée un champ magnétique d’environ 4,23 Tesla qui permet de soulever le train. PRINCIPE DE PROPULSION Le système de propulsion est constitué d’aimants situés sur les cotés du trains et d’enroulements de propulsion placés dans les paroi entourant les voies de guidage. Ces enroulements sont traversés par un courant alternatif triphasé permettant de créeer un champ magnétique de décalage. Les aimants placés sur le train sont alors repoussés et attirés en même temps, permettant ainsi au Maglev d’avancer. LE SWISSMETRO Le projet futuriste Swissmetro fait appel aux mêmes procédés mais les double par l'utilisation de tunnels sous vide partiel d'air. Ceci a l'avantage de réduire la friction de l'air qui devient très importante au-delà de 500 km/h. LES RÉACTEURS ÉLECTROMAGNETIQUES Il existe différent réacteur utilisant l’électromagnétisme, beaucoup d’entre eux produise une poussée faible et donc inadapté au déplacement d’une masse humaine. Nous avons sélectionné les trois principaux : -Le premier et le plus simple est réacteur ionique : -Le second et le plus complexe est le Propulseur magnétoplasmadynamique. -Le 3éme et le dernier est appelé la VASMIR LE RÉACTEUR IONIQUE Un moteur à ions est un moteur qui produit sa force de propulsion en projetant des ions à très haute vitesse. Son principe a déjà été pensé au début du XXe siecle et il est employé au début du XXIe siècle pour le vol spatial. FONCTIONNEMENT Dans un moteur à ions, le carburant n’est pas brûlé mais ionisé. Les ions alors libérés passent par deux grilles fortement chargées électriquement et subissent ainsi une accélération. La force d’accélération des ions cause une force de réaction de sens opposé: c’est la force de propulsion du moteur à ions. ALIMENTATION DU MOTEUR L'énergie électtrique nécessaire pour l'ionisation du carburant et l’accélération des ions libérés est obtenue grâce à des panneaux solaires. Dans le futur, on utilisera sans doute également des réacteurs nucléaires pour fournir cette énergie. UTILITÉE Les moteurs à ions, de par leur faible poussée, ne conviennent pas pour le lancement de véhicules spatiaux. Pour cela, les moteurs de fusée conventionnels sont encore nécessaires. Mais, en principe, dès que le véhicule spatial a atteint l'espace, le moteur à ions peut prendre le relais. Le moteur à ions peut fonctionner très longtemps sans s’arrêter, si nécessaire durant des années. Avec son aide, des destinations extrêmement lointaines, comme Jupiter, peuvent être atteintes bien plus rapidement. PROPULSEUR MAGNÉTOPLASMADYNAMIQUE Les propulseurs LFA actuels les plus puissants (au-delà de 1 MW) offrent des possibilités records avec des poussées jusqu'à 200 newtons et des vitesses d'éjection de 80 à 100 km/s. Des propulseurs alimentés par des puissances de 10 à 20 MW sont envisagés pour les vols habités vers les planètes du système solaire. VASIMR VASIMR, acronyme de Variable specific impulse magnetoplasma rocket : « Fusée magnétoplasma à impulsion spécifique variable », est un type de propulseur spatial à plasma. Il utilise des champs et des rayonnements électromagnétiques variables (sans électrodes) pour chauffer, ioniser et accélérer un propergol vaporisé (hydrogène argon ou hélium). FONCTIONNEMENT INTERRET DU VASIMR VASIMR est une solution polyvalente, alternative aux deux systèmes spécialisés existant que sont les propulseurs à haute poussée et à faible impulsion spécifique (comme les moteurs-fusées à propulsion chimique) d'un côté, et les propulseurs à faible poussée et à haute impulsion spécifique (comme les moteurs ioniques) de l'autre, car il est capable de fonctionner dans les deux modes en ajustant à tout moment ses paramètres de fonctionnement. APPLICATIONS FUTURES Il existe plusieurs applications futures à l’électromagnétisme déjà imaginées par les chercheurs. Ces applications sont aujourd’hui à l’état de projet mais pourraient s’intégrer demain a notre vie quotidienne. SOMMAIRE 1°L'armée 2°Le spatial 3°Le civil L’ARMÉE L'armée travail en ce moment sur deux nouvelles armes qui pourraient, dans le future, remplacer les armes a feu conventionnelles utilisés aujourd'hui. 1° Le Railgun 2° Le coilgun LE FONCTIONNEMENT DU RAILGUN DEVELLOPEMENT DU RAILGUN L'INTERRET DU RAILGUN TROUVER PHOTO DU RAILGUN SUR BATEAU Le Coilgun (ou canon électromagnétique) FONCTIONNEMENT DU COILGUN LE DEVELLOPPEMENT DU COILGUN TROUVER PHOTO CHAR D’ASSAULT L'INTERRET DU RAILGUN LE SPATIAL L'INTERET D'UN TEL PROJET PHOTO FUSEE PHOTO DEBRIS EN ORBITE Le domaine civil L'AVION ÉLECTRIQUE PHOTO AVION AU DECOLLAGE + CONSOMMATION ET REJET DE CO2 LE SOLAR IMPULSE Caractéristiques du Solar impulse L'AVION A RÉACTION.... ÉLECTRIQUE. LES AILES VOLANTES CONCLUSION Bof finalement bah voila