attractif ou répulsif.

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