Des supraconducteurs dans l’infrastructure routière existante ?

Les promesses de la supraconductivité pour la transmission de l’énergie électrique et le transport ont longtemps été freinées par des coûts élevés. Aujourd’hui, des chercheurs de l’université de Houston et de l’Allemagne ont démontré qu’il était possible de réduire les coûts et de bouleverser les secteurs des transports en commun et de l’énergie en utilisant des supraconducteurs pour transporter des personnes, des marchandises et de l’énergie le long des infrastructures autoroutières existantes.

Ce système combiné permettrait non seulement de réduire le coût d’exploitation de chaque système, mais aussi de stocker et de transporter de l’hydrogène liquéfié, une future source importante d’énergie propre. L’hydrogène liquéfié serait utilisé pour refroidir la voie supraconductrice lors de son stockage et de son transport, ce qui réduirait la nécessité d’un système de pipeline spécialisé séparé capable de refroidir le combustible à 20 degrés Kelvin, soit moins 424 Fahrenheit (ou 217°C)

Le concept, décrit dans un article publié le 24 avril 2023 dans la revue APL Energy, suggère un avenir dans lequel le transport aérien et le transport traditionnel de marchandises pourraient devenir obsolètes, remplacés par un « super système » permettant aux véhicules personnels et commerciaux de se déplacer à des vitesses allant jusqu’à 400 miles à l’heure, voire deux fois plus vite.

« J’appelle cela une technologie qui va changer le monde« , a déclaré Zhifeng Ren, directeur du Texas Center for Superconductivity à l’université de Houston, qui est à l’origine du concept et qui est l’un des auteurs correspondants de l’article. « La supraconductivité est très prometteuse pour transmettre l’énergie électrique sans perte de puissance, pour alimenter des trains super rapides en lévitation magnétique et pour le stockage de l’énergie. Mais elle n’était pas économiquement viable, ce qui explique qu’elle n’ait pas encore été mise en œuvre à grande échelle.« 

L’ère moderne de la recherche sur la supraconductivité a commencé en 1987, lorsqu’une équipe dirigée par le physicien Paul Chu a découvert un composé qui agissait comme un supraconducteur à une température supérieure au point d’ébullition de l’azote liquide. Depuis lors, des projets de démonstration ont prouvé que les supraconducteurs peuvent être utilisés pour alimenter des trains à sustentation magnétique et pour transmettre l’énergie électrique sans perte d’énergie, réduisant ainsi les déchets.

Des détails techniques restent à résoudre, a déclaré M. Ren, qui est également titulaire de la chaire M.D. Anderson de physique. « Mais la courbe d’apprentissage ne devrait pas être abrupte puisque nous avons beaucoup appris au cours des 40 dernières années environ. »

Le financement constituera un autre défi. Bien que ce document de validation du concept ne comprenne pas d’analyse économique, il a déclaré que la combinaison des systèmes de transport en commun et d’énergie et l’utilisation des routes existantes réduiraient considérablement le coût par rapport à celui de chaque système pris individuellement. Cette réduction, ainsi que les avantages économiques et environnementaux potentiels à long terme du projet, l’emporteraient sur les coûts initiaux, selon lui.

Les trains à sustentation magnétique fonctionnent traditionnellement sur un rail magnétisé, avec des supraconducteurs intégrés dans le châssis du train. Ce concept inverse consiste à intégrer des supraconducteurs dans l’infrastructure routière existante et à ajouter des aimants au châssis des véhicules, ce qui évite d’avoir à refroidir les supraconducteurs sur chaque véhicule. Au lieu de cela, l’hydrogène liquéfié refroidit les supraconducteurs au fur et à mesure qu’il se déplace dans le système, l’azote liquéfié et une couche de vide étant utilisés pour isoler thermiquement l’hydrogène liquéfié.

Les chercheurs ont construit un modèle pour démontrer l’aspect technique clé du concept – faire léviter un aimant au-dessus d’une voie de guidage supraconductrice. De l’azote liquéfié a été utilisé pour refroidir les supraconducteurs de la maquette ; M. Ren a indiqué que les futures maquettes utiliseront de l’hydrogène.

Les véhicules dotés d’un châssis magnétisé – trains, camions de transport de marchandises, voire véhicules personnels – entreraient dans la voie de guidage supraconductrice, léviteraient et se déplaceraient à grande vitesse pour atteindre leur destination. Après avoir quitté la voie de guidage, les véhicules poursuivraient leur voyage en étant propulsés par des moteurs électriques traditionnels ou des moteurs à combustion interne.

Les gens pourraient ainsi voyager à leur convenance tout en bénéficiant des avantages des trains à grande vitesse et des voyages aériens en termes de gain de temps, a déclaré M. Ren. « Au lieu de rouler à 75 miles par heure, on pourrait aller à 400 miles par heure, de Houston à Los Angeles ou de Houston à New York en quelques heures seulement.« 

« La consommation de carburant ou d’électricité diminuerait considérablement pendant que la voiture ou le camion circulerait sur la voie supraconductrice, ce qui réduirait à la fois le coût et l’empreinte écologique« , a-t-il ajouté. « Tous ces avantages réunis, je pense que cela pourrait changer le monde. »

Rédaction – Jeannie Kever

Crédit / University of Houston

Outre M. Ren, les coauteurs du projet sont Shaowei Song, du Texas Center for Superconductivity de l’Université de Houston, Kornelius Nielsch, du Leibniz Institute for Solid State and Materials Research de Dresde, en Allemagne, et O. Vakaliuk, U. Floegel-Delor et F. Werfel, tous d’Adelwitz Technologiezentrum GmbH (ATZ) à Torgau, en Allemagne, qui se spécialise dans la fabrication de matériaux supraconducteurs à haute température.