Le Shinkansen

   Un exemple type : le Shinkansen (TGV japonais )

   Le Japon a ses TGV, les TGV ont leurs tunnels. L'innocente apparence du mot « tunnel » cache ici un désagrément entendu. En effet, lorsqu'un train sort à grande vitesse d'un tunnel, il se produit un coup de tonnerre, qui autre qu'une colère divine provoque néanmoins la colère des riverains. La suite après explications du phénomène...

   Pensez à un piston dans un tube. Un train qui pénètre dans un tunnel comprime l'air brutalement, et est à l'origine d'une surpression qui se propage le long du tunnel (1). A l'intérieur de cette surpression, l'air est d'autant plus chaud que la pression est élevée. Les différentes parties de la surpression n'ont pas les mêmes vitesses puisque la vitesse du son augmente avec la température. Ainsi, l'onde de surpression se déforme (2), se rétrécit, la partie arrière la plus comprimée rattrape l'avant, l'onde forme comme un mur abrupt. Elle devient alors une onde de choc (3). Le bout du tunnel, du fait des différences de milieu, réfléchit, tel un miroir, une partie de l'onde. Le désagrément est double : et pour les voyageurs (les oreilles bouchées n'ont d'autre origine), et pour l'extérieur où l'on entend un coup de tonnerre.

schéma onde de choc

   Par ailleurs, l'air comprimé offre une plus grande résistance au train, dont la consommation énergétique augmente alors.

   En plus de cette onde de choc récurrente, les plaintes des riverains arrivèrent ainsi aux oreilles de l'ingénieur chef du TGV, et ne manquèrent pas de l'interpeller. Heureuse coïncidence, celui-ci était féru d'ornithologie. Oiseaux et trains, qui n'entretenaient jusqu'à présent aucune relation à notre connaissance, allaient devenir très proches... Eiji Nakatsu, l'ingénieur chef, se demanda qui, dans la nature, passait d'un milieu léger à un milieu dense. (identification) En bon passionné, il cita le martin-pêcheur, champion de la transition rapide entre deux milieux aux densités extrêmes, l'air et l'eau. Pour attraper un poisson, l'oiseau plonge dans l'eau qui offre une résistance. Un train à 300 km.s-1 devant un tunnel se présente dans une situation comparable. Forts de leur trouvaille, ingénieurs et designers s'appliquèrent à imiter la forme du bec et de la tête du martin-pêcheur pour dessiner l'avant de leur TGV. Le résultat est simplement étonnant : avec une consommation électrique de -15 %, ils obtiennent un gain de vitesse de 10 %, tout en limitant la formation des ondes de choc.

Martin-pêcheur

   Pour l'anecdote, les ingénieurs avaient d'abord redessiné le train en supprimant des sections transversales, et en donnant une forme lisse et pointue à son nez. Sans succès...

 

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