Maglev, Hyperloop et l'avenir des trains

L'importance des trains

Rôle industriel

L'ère industrielle s'est construite sur une seule technologie : les chemins de fer et les trains. En créant un moyen peu coûteux de transporter des marchandises à l'intérieur des terres, les chemins de fer et les trains ont considérablement augmenté la productivité. Plus tard, le moteur à combustion pour les voitures et les camions, puis le moteur à réaction pour les avions ont pris le dessus.

Mais aujourd'hui encore, toutes les économies industrielles dépendent du transport ferroviaire pour assurer leur production au-delà des régions côtières (qui dépendent du commerce maritime). Les trains sont particulièrement essentiels pour le transport des matières premières et des produits industriels en vrac comme l'acier, les voitures, etc.

Dans certains cas, cela peut prendre des formes extrêmes, comme la ligne de chemin de fer de 704 kilomètres (437 milles) reliant le centre minier de fer au milieu du Sahara en Mauritanie, avec un train de 3 kilomètres de long, transportant 200 à 300 wagons de marchandises, transportant au total plus de 200 300 tonnes de matériel en une seule fois.

Source: Tourifique

D’ailleurs, la logistique ferroviaire est également cruciale pour toutes les armées modernes, comme l’illustre l’importance des voies ferrées stratégiques dans la guerre d’Ukraine, qui transportaient quotidiennement des milliers d’obus et de munitions jusqu’à la ligne de front.

Voyage à grande vitesse

Les trains modernes ont également évolué au-delà du simple cheval de bataille industriel massif pour concurrencer efficacement les autoroutes et les aéroports.

Nulle part ailleurs cela n'est plus évident qu'en Chine, pays qui possède le réseau ferroviaire à grande vitesse le plus dense au monde. Fin 2023, ce réseau s'étendait sur une longueur totale de 45,000 28,000 km (2 3 miles), soit les deux tiers du réseau mondial de lignes à grande vitesse.

Les chemins de fer à grande vitesse, avec des vitesses comprises entre 200 et 380 km/h (120 et 240 mph), assurent un transport efficace entre les villes.

Géographie contrastée

Les réseaux ferroviaires dépendent fortement des politiques publiques et des décisions d'investissement nationales. Cela est dû à une combinaison de facteurs :

• La plupart des réseaux ferroviaires sont nationalisés ou oligopolistiques en raison de la nature centralisée de la technologie.
• Les chemins de fer nécessitent des permis complexes et obligent souvent les propriétaires fonciers à vendre des terres ou à accorder des droits d’accès pour rendre possibles de nouveaux projets.
• Les coûts d’investissement élevés pour les nouvelles voies ferrées sont amortis sur des décennies, ce qui fait que la plupart des investisseurs privés ne sont pas disposés à attendre aussi longtemps.
• Les chemins de fer modifient souvent la démographie, l’économie et le développement global de régions entières et de centres urbains, rendant leur parcours hautement politique.

Il n’est donc pas surprenant que plus la politique d’un pays est centralisée, plus les trains réussissent à dépasser les voitures et les autoroutes.

La Chine

La Chine est le pays le plus avancé en matière de réseau ferroviaire. Elle dispose non seulement de 45,000 114,000 km de lignes à grande vitesse, mais aussi de XNUMX XNUMX km de lignes à vitesse réduite destinées à desservir les zones locales et les installations industrielles.

Source: Reddit

D’ici la fin de 2035, la Chine prévoit d’atteindre 200,000 124,274 kilomètres (70,000 XNUMX miles) de voies ferrées, dont environ XNUMX XNUMX km de lignes à grande vitesse.

Toutes les villes de plus de 200,000 2035 habitants seront couvertes par le réseau ferroviaire d'ici 500,000, et celles de plus de XNUMX XNUMX habitants seront reliées à des voies à grande vitesse, selon le dernier plan.

La Chine encouragera également la construction de voies ferrées dans les zones dominées par des groupes ethniques minoritaires, ainsi que dans les zones frontalières et les régions sous-développées du centre et de l'ouest de la Chine, afin de contribuer à réduire la pauvreté et à revitaliser les campagnes, a déclaré la société.

Source: Reuters / China State Railway Group, une société d'État

La même importance du chemin de fer peut être observée en Asie, avec par exemple les 132,310 XNUMX km de voies ferrées en Inde, bien que beaucoup plus lentes.

Europe

L’Europe est une autre région favorable au train, avec un réseau de 202 131 km mais seulement 11.666 XNUMX km de voies ferrées à grande vitesse, principalement situées en Europe occidentale.

L’UE souhaite tripler le trafic ferroviaire à grande vitesse d’ici 2050, considérant cet objectif comme essentiel pour un système de transport plus efficace dans un contexte d’urbanisation.

Source: Wikipédia

En Europe, les trains peuvent toutefois être à la traîne dans le transport commercial international, en raison d'un ensemble complexe de systèmes de tension (à la fois CA et CC) et de signalisation, ainsi que d'écartements différents (l'espacement entre les rails) avec par exemple le Portugal et l'Espagne utilisant leur propre écartement, et la Finlande et les États baltes utilisant l'écartement russe. Néanmoins, 70 % du trafic de marchandises (essentiellement international) à travers les Alpes suisses se fait par voie ferrée.

Source: Wikipédia

Amérique du Nord

Enfin, l'Amérique du Nord, et particulièrement les États-Unis, est à la traîne en matière de réseau ferroviaire pour les passagers, avec des chemins de fer Amtrak et de fret qui évoluent généralement lentement.

Les États-Unis possèdent cependant le plus grand réseau de transport ferroviaire au monde, avec 260,000 160,000 km de voies ferrées. Historiquement, ce réseau a joué un rôle clé dans le développement des États-Unis et la conquête de l'Ouest, notamment avec la conquête de l'Europe. premier chemin de fer transcontinental avec des voies ferrées centrales pour relier l'arrière-pays aux régions côtières.

De la vapeur à l'électricité

Les premiers trains étaient propulsés par la toute première machine à vapeur, tirant leur énergie du charbon. Ce fut une révolution par rapport au réseau de transport précédent, qui ne fonctionnait que grâce au vent et à la force animale, et créa un boom économique massif partout où il fut mis en œuvre. Plus tard, le diesel fut utilisé pour des locomotives plus puissantes et moins polluantes.

Enfin, une nouvelle étape serait franchie avec l’électrification, permettant au train de ne plus transporter son propre carburant, mais d’utiliser plus efficacement l’énergie produite directement dans les centrales électriques.

Source: Timbres Mesas

L’électrification a également ouvert la voie aux trains fonctionnant aux énergies fossiles, qu’elles soient nucléaires ou renouvelables. Les trains modernes constituent ainsi un mode de transport alternatif beaucoup moins polluant, avec une empreinte carbone radicalement plus faible.

Par exemple, au Royaume-Uni, malgré la décarbonisation de l’électrique qui tarde encore à se concrétiser, tous les types de transport ferroviaire, du chemin de fer national au tramway et au métro, n’émettent que 35 à 28 grammes d’équivalent dioxyde de carbone par passager-kilomètre, soit moins que les véhicules électriques (47 g) et 5 fois moins que les voitures diesel et essence (170 g).

Source: Notre monde en données

L'avenir des trains

maglevs

Loin d’être une technologie stagnante et vieillissante, le transport ferroviaire est à la pointe de l’évolution technologique et de l’électrification.

L'une des principales innovations est le train à sustentation magnétique (maglev), lancé commercialement pour la première fois en 2004. Cette technologie digne d'un film de science-fiction permet aux trains de léviter littéralement au-dessus des voies.

Cela offre quelques avantages uniques par rapport au chemin de fer classique et à tout autre transport terrestre :

• Réduit considérablement les frottements, réduisant ainsi les pertes d'énergie globales.
• Moins de friction réduit également la production de chaleur, permettant une vitesse beaucoup plus rapide.
• Sans contact, les seules limitations de vitesse sont liées à la résistance de l'air et à la capacité du système maglev.
• L’absence de contact crée une expérience très douce, avec beaucoup moins de vibrations que sur des roues en acier, même à très haute vitesse.

Le principe de fonctionnement du maglev consiste à générer des champs magnétiques massifs à l'aide d'aimants supraconducteurs (qui ne présentent aucune résistance électrique). Pour ce faire, les aimants doivent être refroidis à -450°F / -267°C.

Source: Ministère de l'Énergie

Un autre avantage important est la sécurité. Les trains Maglev sont « propulsés » par le guidage motorisé. Deux trains qui empruntent le même itinéraire ne peuvent pas se rattraper et entrer en collision l'un avec l'autre car ils sont tous propulsés pour se déplacer à la même vitesse.

De même, les déraillements de trains traditionnels qui se produisent en raison d'un virage trop rapide ne peuvent pas se produire avec le Maglev. Plus un train Maglev s'éloigne de sa position normale entre les parois de la voie, plus la force magnétique qui le repousse en place devient forte.

Le marché des trains à sustentation magnétique est estimé à 2.17 milliards de dollars en 2023 et devrait atteindre 3.13 milliards de dollars d'ici 2031, soit un TCAC de 4.7 %.

Vitesse illimitée ?

La vitesse la plus élevée atteinte par un maglev a été réalisée par le maglev supraconducteur L0 de la compagnie japonaise JR Central, qui a atteint une vitesse de pointe de 603 kilomètres par heure (375 mph) en 2015.

Cela se situe probablement quelque part près de la limite supérieure réalisable pour le maglev, en raison de l'augmentation de la résistance de l'air à mesure que la vitesse augmente.

Dans tous les cas, voyager au-dessus la vitesse du son (1,235 767 km/h / XNUMX mph) Cela créerait un bang supersonique qui serait dommageable à la fois pour l’infrastructure ferroviaire et pour ses environs.

Adoption massive ?

Le Maglev est encore une technologie relativement rare, la plupart des chemins de fer à grande vitesse atteignant leur vitesse grâce à des méthodes conventionnelles.

Cependant, le recours à des installations massives de maglevs pourrait éliminer la plupart des besoins de transport aérien régional comme à l'intérieur de l'Europe ou à travers le continent nord-américain, car 400 à 600 km/h peuvent être un match pour les avions, surtout si l'on prend en compte les retards associés aux aéroports et à l'embarquement des avions (contrôles de sécurité, embarquement des bagages, etc.).

Et combiné à la décarbonisation du réseau électrique, cela pourrait avoir un impact massif sur les émissions mondiales de carbone.

Les emplacements idéaux seraient probablement à l’intérieur et entre les mégalopoles mondiales, notamment sur les côtes américaines, au nord de l’Inde, sur l’île de Java (Indonésie) et en Europe occidentale.

Source: Pinterest

Hyperloop

Et si les trains à sustentation magnétique n’étaient pas limités par la vitesse du son ?

Cette idée peut paraître farfelue au premier abord, mais il existe un moyen d'éviter de créer un bang sonique et de souffrir d'un frottement excessif de l'air : il suffit de retirer l'air. C'est le concept de l'hyperloop, popularisé par Elon Musk dans un livre blanc en 2013, proposant un voyage de Los Angeles à San Francisco en seulement 30 minutes.

Source: The Verge

L'idée est d'enfermer le train à sustentation magnétique dans un tube ou un tunnel dépressurisé. De cette façon, le système à sustentation magnétique peut accélérer sans être limité par le frottement de l'air.

L'idée a immédiatement suscité un véritable culte et a été développée par Hyperloop One, anciennement Virgin Hyperloop. Cependant, cette entreprise a fermé définitivement en 2023, après avoir manqué d'argent.

Ce revers a conduit de nombreuses personnes à déclarer prématurément la mort du concept, le qualifiant (sans jeu de mots) de rêve utopique. C'était prématuré, car d'autres initiatives de type hyperloop sont en cours.

Prototypes d'Hyperloop

Le premier est néerlandais Hyperloop dur qui a annoncé avoir testé avec succès son véhicule hyperloop en septembre 2024. Ce n'est qu'une preuve du mouvement du véhicule et du maintien du vide, mais une première étape.

D'autres entreprises actives sur ce sujet dans les pays occidentaux sont La compagnie ennuyeuse de Musk et HyperloopTT italien.

Dans la Chine des passionnés de trains, un train à sustentation magnétique a récemment terminé un test sur un pipeline de 2 kilomètres de long (1.2 mile) dans un environnement à faible vide dans la province du Shanxi.Ce test a été réalisé par la China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC).

Le système a été conçu pour atteindre une vitesse de 1,000 621 kilomètres par heure. Il avait déjà atteint un record de vitesse de 623 kilomètres par heure lors d'un essai dans des conditions sans vide.

L'objectif ne serait pas de s'arrêter à 1,000 4,000 km/h mais d'aller jusqu'à XNUMX XNUMX km/h à long terme.

Donc, en théorie, il pourrait être utilisé pour des voyages intercontinentaux, le mettant au même niveau que les avions spatiaux hypersoniques commerciaux qui n'existent pas encore, amenant par exemple Berlin à Pékin en seulement 2 à 3 heures de trajet ou Los Angeles à New York en seulement 1 à 2 heures.

Cependant, les systèmes hyperloop nécessiteront de nombreux progrès en termes de conception et d'ingénierie pour devenir une réalité. Parmi les quelques difficultés qui se présenteront, on peut citer :

• Maintenir en toute sécurité un vide poussé sur l'ensemble de la ligne.
  • Cela inclut la gestion du risque de perte de vide soudaine et indésirable après un accident ou même une attaque terroriste.
• Fournir de manière sûre et efficace la quantité phénoménale d’énergie requise par le système.
• Intégration de l’hyperloop au réseau existant de voies ferrées et de gares.
• Construire des infrastructures dédiées.
  • Les vitesses extrêmes impliquées limiteront les options de chemin, obligeant le développeur de l'hyperloop à s'appuyer sur des super-ponts et des tunnels coûteux pour traverser tous les obstacles.

Autres nouveautés

Le transport ferroviaire est une technologie qui a toujours bénéficié de l'innovation d'autres industries. Elle a d'abord fait appel au moteur à vapeur utilisé pour pomper l'eau dans les mines de charbon, puis au moteur diesel récemment utilisé, puis à l'électricité et aux aimants supraconducteurs.

Il est donc logique d’envisager l’avenir des trains dans le contexte plus large des autres progrès technologiques.

Supraconducteurs à haute température

Un élément clé du système maglev et hyperloop réside dans le besoin d'aimants supraconducteurs. Ceux-ci nécessitent les températures ultra-basses actuelles, ce qui est techniquement complexe et énergivore.

Cela pourrait bientôt changer, les matériaux supraconducteurs nécessitant moins de froid, voire des températures ambiantes. Nous avons discuté en détail de leur développement et des dernières nouvelles dans «Les progrès de la supraconductivité ouvrent la voie à une nouvelle révolution technologique ».

Dans l’ensemble, si la supraconductivité était obtenue à une température beaucoup plus élevée, cela ferait du maglev une option bien supérieure au train à grande vitesse classique.

Cela rendrait également triviale la transmission de quantités absurdes d’énergie sur de longues distances, rendant les énergies renouvelables et l’hyperloop beaucoup plus économiques, et contribuerait au développement d’autres technologies qui changent la civilisation, comme la fusion nucléaire.

IA, trains autonomes et chemins de fer intelligents

L’automatisation et l’intelligence artificielle sont d’autres technologies qui progressent rapidement. Alors que nous envisageons le développement de voitures autonomes, capables de gérer la complexité des routes urbaines, il est logique que nous arrivions à des trains autonomes encore plus tôt. En particulier parce que les trains circulent dans un environnement beaucoup plus contrôlé et connu, même s’ils se déplacent à une vitesse encore plus élevée.

L'IA, ainsi que la connectivité 5G et l'IoT (Internet des objets), peuvent aider à une multitude de tâches liées au transport ferroviaire, comprenant:

• Surveillance sécurisée.
• Mises à jour en temps réel et billetterie intelligente.
• Services de trains automatisés.
• Trains autonomes.
• Maintenance prédictive.
• Connectivité, contrôle automatisé des trains et signalisation numérique.

Une autre activité qui pourrait être stimulée par la numérisation, l’IA et la blockchain est la logistique. Le chargement et le déchargement des wagons de marchandises, le changement de wagons entre les trains, le transport transfrontalier et l’interconnexion avec le transport par camion pourraient tous être semi-automatisés ou entièrement automatisés, ce qui rendrait le fret ferroviaire beaucoup plus efficace et rentable.

Tunneling

Une autre option envisageable serait de développer les transports (y compris ferroviaires) grâce au creusement de tunnels. C'est une autre obsession personnelle d'Elon Musk, avec Société ennuyeuse il est probable qu'elle ait été fondée pour aider à résoudre les problèmes de transport sur Terre autant que pour construire des habitats sur Mars.

Cela pourrait être une option privilégiée pour les futurs systèmes hyperloop, car un tunnel sera plus stable, moins vulnérable aux accidents et globalement plus facile à maintenir dans un vide poussé qu'un tube suspendu.

Conducteurs de masse

L’idée clé d’un moteur de masse est qu’une navette pourrait être envoyée en orbite en l’accélérant suffisamment au sol pour qu’elle n’ait pas besoin de propulseur à bord.

En substance, il s’agirait d’un hyperloop, mais avec pour objectif d’atteindre la vitesse de libération pour propulser un vaisseau spatial en orbite sans propulseurs embarqués.

La piste de lancement devra également être longue de plusieurs centaines, voire milliers de kilomètres, la zone candidate la plus prometteuse étant le plateau tibétain.

Source: Acépédia

Sans surprise, la Chine envisage déjà de développer une telle technologie., donc cela pourrait être plus proche que prévu.

En cas de succès, cela pourrait réduire de 10 fois le prix du lancement orbital, déjà considérablement réduit par SpaceX, avec des estimations chiffrant les coûts à seulement 60 $/kg.

Par ailleurs, ce type de système pourrait être utilisé dans un premier temps avec des modèles de plus petite taille pour propulser les avions à une vitesse à laquelle les moteurs scramjet hypersoniques peuvent fonctionner, permettant des vols hypersoniques très rapides.

Ainsi, si les hyperloops transcontinentaux ne sont pas une option économiquement viable, il se pourrait que les hyperloops à propulsion/lancement de masse pour vols hypersoniques utilisent toujours cette technologie.

Investir dans la technologie liée aux trains

Bien qu'ils suscitent beaucoup moins d'attention que l'aérospatiale ou les véhicules électriques, les trains, le maglev et peut-être dans le futur l'hyperloop sont à l'avant-garde ou révolutionnent les moyens de transport de l'humanité et l'économie.

La Chine a jusqu’à présent montré la voie, mais le reste du monde en prend note et cherche également à accroître massivement sa capacité ferroviaire.

Si vous n'êtes pas intéressé par le choix d'entreprises liées au train, vous pouvez également vous intéresser aux ETF tels que SmartETFs ETF pour le transport intelligent et la technologie (MOTO), Fonds négocié en bourse iShares sur les transports aux États-Unis (IYT), ou Fonds négocié en bourse SPDR S&P Transport (XTN)ce qui offrira une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur l'industrie stratégiquement vitale du transport et du chemin de fer.

Compagnies ferroviaires et ferroviaires

1. Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)

Siemens est une entreprise forte dans le secteur industriel, avec des activités dans les industries lourdes de l'électronique, les infrastructures, la mobilité et la santé.

Source: Siemens

Les activités de l’entreprise dans l’IoT sont réparties dans plusieurs segments, notamment l’automatisation (62 % du total des industries numériques) et les infrastructures intelligentes.

L'activité santé se concentre davantage sur l'imagerie, les analyses et la robotique, tandis que le segment mobilité est principalement axé sur les trains et les infrastructures ferroviaires.

L’entreprise voit une grande opportunité dans l’automatisation du fait du déclin de la population mondiale et de la « glocalisation » (ou « relocalisation » de la capacité industrielle plus près des marchés finaux). La présence croissante des énergies renouvelables dans le réseau électrique augmente également la demande d’un « réseau intelligent » capable de gérer ces sources d’énergie plus intermittentes et variables.

Dans le créneau où elle est active, Siemens est un concurrent très sérieux, se classant n°1 pour l'automatisation industrielle, l'automatisation ferroviaire, l'automatisation des réseaux et les logiciels industriels verticaux (dont 1,300 XNUMX experts en cybersécurité).

Source: Siemens

Siemens est une action bien placée pour bénéficier de l’électrification, de la relocalisation, de l’IoT, de l’automatisation, des chemins de fer et du niveau croissant de technologie dans les processus industriels en général.

En tant que leader dans la fabrication d’équipements ferroviaires, elle bénéficiera directement des investissements dans le secteur, ainsi qu’indirectement de la tendance à la réindustrialisation.

Grâce à sa large gamme de technologies, elle sera à l’avant-garde de la construction de chemins de fer intelligents, en tirant parti de son expérience en matière d’automatisation et d’IoT d’autres industries déjà plus numérisées.

2. Alstom (ALO.PA)

L'entreprise française fut parmi les premières à créer un train à grande vitesse, qui devint le célèbre TGV (« Train à Grande Vitesse ») dans le monde entier.

Aujourd'hui, elle est le numéro 1 mondial du matériel roulant (véhicules ferroviaires, plus de 4,600 2 wagons/an), des services et des systèmes clés en main, et le numéro 2021 de la signalisation, en partie grâce à son acquisition de Bombardier Transport en XNUMX.

Source: Alstom

Alstom est le leader de l'automatisation des réseaux ferroviaires, ayant atteint le plus haut niveau d'automatisation, GoA4, sur les lignes régionales françaises d'ici 2023.

Source: Alstom

Elle y est parvenue grâce à son « fonctionnement automatique des trains », qui comprend le contrôle, la protection et la supervision automatiques des trains.

Ce système permet de réduire de 45 % la consommation d’énergie et de 30 % la capacité de transport de passagers par ligne.

Bien que leader dans son secteur, l'entreprise a connu quelques années tumultueuses en termes de résultats financiers, à commencer par un plan de sauvetage de 3.2 milliards d'euros du gouvernement français en 2003.

Depuis, le groupe Alstom a cédé ses activités de construction navale et de transmission électrique au géant nucléaire Areva en 2004, puis ses divisions énergie et réseaux à GE en 2014, et son activité de turbines à gaz lourdes à Ansaldo Energia.

Le nouvel Alstom devient ainsi une entreprise exclusivement axée sur les trains, issue du conglomérat industriel complexe du début des années 2000.

Le groupe travaille à reconstruire sa rentabilité et son carnet de commandes, avec une forte croissance des livraisons futures depuis 2022.

Source: Alstom

Au total, l'entreprise voit un potentiel de marché à moyen terme allant jusqu'à >230 milliards d'euros pour la période 2025-2028, ce qui lui permet de choisir les contrats qui seront rentables et d'absorber l'augmentation des capacités de fabrication de l'entreprise.