I/ POURQUOI CE PROBLÈME DES SHINKANSEN:
Les japonais utilisent à l’heure actuelle beaucoup les transports en commun depuis la fin de la 2nde guerre mondiale, et parmi les plus utilisés figure le chemin de fer : les « Shinkansen ». Et pour traverser les montagnes bien plus présentes au Japon qu’en Europe, ils ont creusé de nombreux tunnels. Le problème est qu’il n’est pas rare qu’au bout de ces tunnels se trouvent des habitations, qui subissent alors une forte pollution sonore à la sortie de chaque train. De plus les Japonais ont bien constaté que les frottements de l’air dans les tunnels ont tendance à ralentir les Shinkansen, augmentant la consommation de carburant. Pour la compenser, Les ingénieurs se sont alors demandé comment résoudre ce problème de « bouchon d’air » qui se formaient devant les trains ?
II/ L’ORIGINE DU PROBLÈME :
1) LES CHEMINS DE FER: UNE SOURCE DE POLLUTION
Les trains génèrent comme on l’a dit une forte pollution sonore à la sortie des tunnels, mais pourquoi plus ici qu’en plaine ? Eh bien c’est le même problème que l’on rencontre dans le Tunnel sous la Manche : la formation de « bouchon d’air » comprimé à l’avant des trains. Les trains génèrent toujours ces bouchons durant leurs déplacements, mais ça ne pose généralement aucun problème. En effet en plaine les trains évacuent naturellement, cet air sur les côtés et les pertes sont minimes. Mais dans les tunnels, à cause des parois, l’air ne pouvant s’évacuer va alors s’accumuler à l’avant.
2) LES JAPONAIS UN CAS PARMI D’AUTRES
Dans le cas du tunnel sous la Manche ce sont des bouches d’aération: les rameaux de communication. Disposés tous les 375 m. ils permettent l’évacuation de l’air dans le tunnel. Mais ces dispositifs sont coûteux et les japonais ne peuvent pas se permettre de bloquer la circulation des trains pour pouvoir effectuer les réparations dans les tunnels. Ils se sont alors penchés sur une autre solution: celle de modifier l’anatomie du train.
III/ LE MARTIN PÊCHEUR
Les ingénieurs se sont tournés vers un oiseau, le martin-pêcheur, confronté au même défi lorsqu’il plonge dans l’eau pour attraper ses proies : la transition rapide entre deux milieux de densité différentes (pour lui l’air et l’eau), et la nécessité de ne pas trop éclabousser afin de rester discret.
En imitant la forme de son bec pour répondre à l’augmentation subite de résistance de l’air comprimé des tunnels, ils ont réduit la consommation électrique de 15%, augmenté la vitesse de 10% et procuré un meilleur confort sonore aux voyageurs et aux riverains.
Les derniers Shinkansen, les TGV japonais, sont dorénavant dotés de ce nouveau « nez », dont le but est d’optimiser la pénétration dans l’air lorsque le train traverse des tunnels. Cela évite l’onde de choc ressentie, bruyante et perturbatrice. Ce projet est l’un des exemples les plus connus de biomimétisme.
IV/ LES LOIS DE L’AÉRODYNAMIQUE
Si les japonais n’ont pas été confronté à un problème nouveau, ils se sont illustrés par cette approche biomimétique. Ce design nouveau à permis d’améliorer les performances des trains en ce qui concerne la vitesse et le ralentissement. Ces modèles se sont même généralisé, car ce design bien qu’a l’origine destiné aux tunnels du Japon sont aussi moins ralenti das les terrains ouverts. Ceci s’explique par les lois de la l’aérodynamique.
On a découvert depuis des années que la résistance de l’air dépend de plusieurs facteurs: la densité de l’air, la forme du corps en mouvement (ici le train)… On peut ainsi la calculer de la façon suivante: R= A x V² avec R la résistance de l’air en kg/m, A la constante aérodynamique du véhicule.
Références: – Image: https://www.kyotostation.com/the-tokaido-shinkansen/
Le Biomimétisme 