Le fonctionnement
La sustentation électromagnétique
La propulsion
Limite de Kantrowitz
Le principe d'inertie
La sustentation
L’Hyperloop ne fonctionne pas comme les autres trains : il “lévite” au-dessus d’un rail par une technique de sustentation électromagnétique.
Cette technique utilise la polarité des aimants.
En effet, les aimants ont deux pôles : un pôle nord et un pôle sud. Deux mêmes pôles s’attirent mais deux pôles opposés se repoussent.
La capsule a des aimants placés d’une certaine manière. Cela crée un flux d’énergie que l’on peut appeler champ magnétique et faisant ainsi léviter la capsule.
Ces aimants sont regroupés dans une barre appelée “Halbach Array” : grâce à cette disposition d’aimants, des champs magnétiques sont créés d’un côté alors que de l’autre, les champs s’annulent.
Cette lévitation ne fonctionne cependant qu’à partir d’une vitesse de 35 km/h minimum, cela n'étant pas un problème étant donné la vitesse de la capsule !
La propulsion
La propulsion de la capsule se fait grâce à un moteur à induction linéaire. Mais contrairement à des moteurs à induction circulaires, celui de l’hyperloop est à plat, tout au long du tube : c’est le stator, composé d’électro-aimants. La partie fixée à la capsule est appelée rotor. Celle-ci est amenée à tourner (dans un moteur à induction standard) quand un courant électrique passe dans le stator. Mais ici, le fait que le stator soit à plat, un courant électrique fait immédiatement accélérer la capsule.
Cette propulsion se fait ensuite en trois étapes.
Tout d’abord, la capsule accélère jusqu’à une vitesse avoisinant 35 km/h, comme tout autre train classique, avec des roues ou sur des rails.
Elle passe alors en sustentation : la capsule accélère alors jusqu’à une vitesse d’environ 1200 km/h. Cette vitesse est tenue constante par des accélérations régulières tout au long du trajet. Ces accélérations ne se font qu’à intervalles réguliers : en effet, il n’y a pas d’intérêt à accélérer en continu, étant donné que la perte de vitesse est très fortement réduite par les faibles frottements.
Finalement, la capsule sera ralentie de la même manière qu’elle fut propulsée.
Cette propulsion se fait grâce à un moteur linéaire à induction. Cela permet d’éviter tout frottement avec le sol, contrairement au train classique (comme le TGV). En effet, cette propulsion se fait grâce à des champs magnétiques qui sont envoyés sur un matériau conducteur, dans le tube.
La limite de Kantrowitz
L’hyperloop est confronté au problème de la limite de Kantrowitz : c’est la vitesse limite à laquelle peut aller un objet dans un tube. Après cette limite, l’air est tellement pressurisé que des ondes de choc se créent.
Ceci peut être expérimenté en prenant une seringue. On pompe de l’air au maximum. On essaye ensuite de repousser l’air en bouchant le bout de la seringue : on ne peut pas refermer la seringue jusqu’au bout, faute de pression.
C’est pourquoi, d’après les ingénieurs, la capsule ne peut donc pas dépasser 1200km/h.
Même si la capsule ne dépassera pas les 1200 km/h, un aspirateur d’air est installé à l’avant de la capsule, par mesure de sécurité et pour limiter les frottements, permettant ainsi de réduire l’air présent à l’avant. Une partie est rejetée à l’arrière et une autre est utilisée pour alimenter l’intérieur de la capsule en air respirable (cet air passe d’abord par un compresseur)
Le principe d'inertie
Le principe d’inertie est le principe selon lequel, si toutes les forces qui s’appliquent à un corps s’annulent, alors celui-ci est immobile ou a un mouvement rectiligne uniforme, c’est à dire que sa trajectoire est droite et sa vitesse reste constante. Cependant, la vitesse du corps diminue s’il est confronté à des frottements (comme les frottements avec l’air).
Schématisation du principe d’inertie
Légende :
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Le rectangle WXYZ représente une capsule hyperloop
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Le vecteur P représente le poids de la capsule (soit la force attractive de la Terre sur la capsule). Il a pour origine G (centre de gravité de la capsule), pour direction “verticale” et pour sens “vers le bas”.
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Le vecteur R représente les forces venant des champs magnétiques s’appliquant sur la capsule au point A, qui a pour direction “verticale” et pour sens “vers le haut”.
Démonstration du principe d’inertie
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Si P>R, alors la capsule s'enfoncerait dans le tube.
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Si P<R, alors la capsule volerait trop haut et toucherait le haut du tube.
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Donc P = R, toutes les forces s’appliquant à la capsule s’annulent, ainsi la capsule lévite à une hauteur constante.
C’est selon ce principe que fonctionne l’Hyperloop. En effet, la capsule étant dans un tube à basse pression, les frictions de l’air en sont fortement réduites. De plus, elle n’est pas sur des rails mais est en sustentation. La capsule garde donc une vitesse quasi constante.