Pourquoi le TGV ne peut-il pas aller plus vite ?

Pourquoi le TGV ne peut-il pas aller plus vite ?

La question

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 longs. Pourquoi le TGV ne peut-il pas avancer plus vite?
 
TGV

La réponse

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. Autrement dit, un objet en mouvement créer une onde (elle peut être sonore, matériel, etc...) et s'il va suffisamment vite, cet objet rattrape son onde. Vous l'aurez remarqué, ce phénomène est bien connu de l'aviation avec le mur du son: si l'avion va trop vite, il rattrape son onde sonore. Dépasser le mur du son est extrêmement complexe.
 
Pour un train, ce n'est évidement pas le mur du son le problème, mais le 'mur de la caténaire': ce fil haute-tension tendu au dessus des rails et d'où le train tire son énergie.
 
L'onde de la caténaire est analogue à l'onde dans une corde de piano.
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 allers-retours par seconde dans la corde et donc qu'elle fournit cette note. Une corde de longueur ou poids différent produira une autre note.
 
Pantographe
La caténaire est le fil haute-tension d'où le train tire son énergie.
Dans le cas du train, la caténaire est l'analogue de la corde et le pantographe (le coude en métal qui relie le train et le câble électrique) est le marteau. Bien évidement, le pantographe ne frappe pas la caténaire, mais la soulève avec une force de 5 décaNewtons. La 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 la caténaire. Du fait des caractéristiques de cette caténaire (pour les plus curieux: cuivre de section 150mm², pesant 1.4kg/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.
Error
En mot plus simple: en roulant, le TGV produit une onde dans la caténaire qui se propage à la vitesse de 500km/h environ. Cette onde 'soulève' la caténaire (du fait de son amplitude) de 30 à 35 cm.
Le 'mur de la 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 arc électrique qui peut être fatal pour le matériel et provoquer des avaries. D'ailleurs, ce phénomène d'onde dans la caténaire est à l'origine d'un vieillissement prématuré, d'où des pannes de caténaires fréquentes!
Error
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 telles conditions ne sont pas encore envisageables 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.
 
En résumé...
 
Le TGV tire son énergie de la caténaire - un fil électrique tendu au-dessus des voies - grâce au pantographe, sorte de balai électrique coudé. Le déplacement du train crée une onde (une sorte de déformation) dans la caténaire qui se déplace à 500km/h environ et dont l'amplitude est de 30-35cm. Si le train atteignait cette vitesse de 500km/h, le pantographe ne toucherait plus la caténaire et il se créerait des arcs électriques qui endommageraient les installations ferroviaires et les trains. Le TGV est donc limité en vitesse par ce phénomène de mur de la caténaire.
Logo question
Pourquoi les trains de nuit ne roulent-ils pas à pleine vitesse ?
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,  et ainsi ne pas abandonner leurs voyageurs dans une gare déserte !
Logo astuce
Le saviez-vous ?
Le nouveau logo TGV regardé à l'envers représente un escargot. Etonnant pour un train grande vitesse!

Pour aller plus loin...

 
 
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Commentaires

Utilisateur non enregistré

Un article très intéressant! Merci beaucoup!

Une petite erreur de frappe:

"(pour les plus curieux: cuivre de section 150mm², pesant 1.4km/m, et de tension 2600décaNewtons)"

Il s'agit plutôt de 1.4kg/m non?

Portrait de Miroslav
Bonjour,
 
Tout à fait, il fallait bien lire 1.4kg/m !! Merci beaucoup d'avoir relevé, l'erreur a été corrigée.
 
Miro.

To the engineer, the world is a toy box full of suboptimized and feature-poor toys. (Adams Scott)
www.axiomcafe.fr

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Petit correctif: l'effort statique appliqué par le pantographe est de 70N et pas 50N en 25kV.

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bonjour vous avez oublier la tension de la corde de piano ,,, comme sur une guitare ,
pour obtenir la bonne note de LA avec la corde ( ex LA ) il faudra une certaine tension ,,
si je la tend trop j'aurai un SI ,,,
si je la tend moins j'aurais un sol ,,, avec la meme corde ,

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