Qui, pour une raison X ou Y, n'a pas souhaité que les TGV soient -encore- plus rapides? Certes notre TGV détient le record du monde de vitesse, certes son utilisation grand public est l'une des plus véloces au monde, et pourtant, pour nos déplacements professionnels ou personnels, il serait tellement plus confortable que les voyages soient moins long. Pourquoi le TGV ne peut-il pas avancer plus vite?

 

 

 

Une fois de plus, la réponse nous est donnée par la science et en particulier par la physique. Si le TGV ne peut pas aller plus vite, c'est à cause d'un principe physique: le mur de l'onde. Il s'agit de la vitesse décisive à laquelle un mobile rattrape l'onde qu'il crée. Vous l'aurez remarqué, ce phénomène est bien connu de l'aviation avec le mur du son: dépasser le mur du son est extrêmement complexe.

 

Pour un train, ce n'est évidément pas le mur du son le problème, mais le 'mur du caténaire': ce fil haute-tension tendu au dessus des rails et d'où le train tire son énergie.

Dans un piano, la corde -frappée par le marteau- émet une onde dont la longueur d'onde correspond à une note. La corde du LA, vibrant à la fréquence de 440Hz, est en acier, elle mesure 42 cm pour un millimètre de diamètre, pèse 6.8g/m et l'onde qui la parcourt avance à la vitesse de 370 m/s (1330 km/h). Ce sont ces caractéristiques qui font que l'onde effectue 440 aller-retours par seconde dans la corde et fournit cette note.

Dans le cas du train, le caténaire est l'analogue de la corde et le pantoragraphe (le coude en métal qui relie le train et le câble électrique) est le marteau. Bien évidement, le pantographe ne frappe pas le caténaire, mais le soulève avec une force de 5 décaNewtons. Le caténaire prend donc une forme de V inversé où la pointe est le point de contact avec le pantographe. A haute vitesse, il en résulte la création d'une onde dans le caténaire. Du fait des caractéristiques du caténaire (pour les plus curieux: cuivre de section 150mm², pesant 1.4km/m, et de tension 2600décaNewtons), la vitesse de propagation des ondes est  égale à la racine carrée du quotient de la tension par la masse par unité de longueur de la caténaire.

 

En mot plus simple: en roulant, le TGV produit une onde dans le caténaire qui se propage à la vitesse de 500km/h environ. Cette onde 'soulève' le caténaire (du fait de son amplitude) de 30 à 35 cm.

 

Le 'mur du caténaire' est ainsi de 500km/h, vitesse que le TGV ne peut pas atteindre sous peine de perdre le contact avec le caténaire. Une perte de contact engendre du fait de la forte tension un éclair électrique qui peut être fatal pour le matériel et provoquer des avaries. D'ailleurs, ce phénomène d'onde dans le caténaire est à l'origine d'un vieillissement prématuré, d'où des pannes de caténaires fréquentes!

 

Pour éviter une usure prématurée du matériel, la vitesse commerciale du TGV est donc limitée à 70% de la vitesse critique, soit 350km/h environ.

 

Le record du monde de vitesse de train sur rail, détenu par la SNCF, est 574.8 km/h. Pour atteindre ce record, les ingénieurs ont dû sur-tendre les caténaires et appliquer une pression du pantographe plus importante de sorte à repousser le 'mur du caténaire'. De tels conditions ne sont évidément pas encore envisageable en situation commerciale du fait de la difficulté et du coût de mise en place, ainsi que de la vitesse d'usure des éléments que cela implique. De plus, au-delà d'une certaine vitesse, c'est également l'état des voies qui demande révision, puisque le moindre défaut d'alignement ou un rayon de courbure trop serré dans un virage ...et c'est le déraillement.

 

Question bonus dont la réponse sera plus simpe!

Surprenant mais vrai, ce n'est pas parce qu'ils ne le peuvent pas ou que cela serait trop dangereux, mais tout simplement qu'ils ne le veulent pas! Les trains de nuits en effet partent nécessairement avant la fermeture de la gare de départ. Les horaires des gares étant ce qu'ils sont, rouler plus vite signifie arriver plus vite et donc potentiellement avant l'heure d'ouverture de la gare de déserte. Si les trains de nuit 'prennent leur temps' c'est pour arriver après 4h du matin, n'abandonnant pas leurs voyageurs dans une gare déserte.

 

 

- Précisions sur les phénomènes de mur d'onde (article 'pour la science')