Le problème avec les monorails
(et les tubes évacués)…
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Le chemin-de-fer, dans sa forme actuelle (dit conventionnel), existe depuis plus de 500 ans (2000 ans si on se réfère aux ornières dans les villes romaines anciennes).
De temps à autres, certains prétendent vouloir améliorer le transport ferroviaire en proposant des systèmes radicalement différents, dont le plus récurrent est le monorail (ne comportant qu'un seul rail; par opposition aux deux rails du chemin-de-fer conventionnel).
Le monorail ne se généralise pas, du fait de son inefficacité générale.
Certes, dans certaines applications bien précises, le monorail est bel et bien efficace, mais ce n'est que dans des circonstances bien particulières, 
telles qu'un monorail industriel pour la manutention de marchandises dans un espace couvert.
Efficacité du réseau
Un réseau ferroviaire est pratique lorsqu'il permet d'établir un réseau, c'est à dire la combinaison de plusieurs lignes.
La combinaison de plusieurs lignes implique donc une multiplicité de voies, lesquelles s'interconnecteront à divers endroits (les jonctions). Les jonctions impliquent la nécéssité de faire passer les véhicules d'une voie à l'autre; cela est effectué par le biais d'aiguillages.
Il va de soi que la flexibilité du réseau sera directement proportionnelle au nombre d'aiguillages. En retour, la complexité des aiguillages aura une influence directe sur le nombre d'aiguillages pouvant être installés, et donc de l'efficacité du réseau.
Le principal problème des monorails réside précisément dans la complexité de ses aiguillages.
Les aiguillages d’un birail
Figure 1– Section d'un birail
Un système bi-rail (dit « birail ») comporte, comme son nom l'indique, deux rails (C), sur lesquels circulent les véhicules, comportant des organes de roulement (B) et la caisse (A).
Figure 2 – Les surfaces de développement des composants du birail
La surface de développement de chacune des composantes se veut la surface balayée lors de l'utilisation normale du système (on en excluera les surfaces balayées lors d'accidents, tels que collisions et déraillements).
Les surfaces de développement sont donc les suivantes:
- A – celle du véhicule;
elle combine la caisse et les organes de roulement (essieux, roues, suspension, etc.). - C– celle de la voie;
elle comprend la totalité de l'espace déliminté par le haut des champignons des deux rails, car lors des aiguillages et des traversées à niveau, les autres rails balayeront cet espace.
On remarquera que ces surfaces de développement s'imbriquent.
Figure 3 – L'imbriquement des surfaces de développement d'un birail
En effectuant l'intersection des surfaces de développement du véhicule et de la voie, on en arrive à la surface d'intersection ou d'imbriquement du véhicule et de la voie, indiquée en rouge sur la figure 3 ci-contre :
La douceur et la sécurité du roulement dépend de la continuité des surfaces de roulement de la voie.
Une surface de roulement ne devra donc pas être interrompue lors des croisements et aiguillages, ou si elle l'est, cela devra être en deça des valeurs où une telle interruption sera dangereuse ou simplement inconfortable.
On notera que cette surface est très petite, comparativement à celle du véhicule ou même de la voie. Le corollaire est qu'un système birail pourra s'accommoder fort bien d'une interruption momentanée de la continuité de ces surfaces de roulement, ou bien qu'il sera très facile de déplacer les parties de surface de roulement faisant obstacle au passage des véhicules sur l'autre direction offerte par la voie.
Effectuons à présent la même analyse sur le monorail.
Les aiguillages d’un monorail
Figure 11 – Section d'un monorail
Un monorail comporte, comme son nom l'indique, un seul rail(C), sur lesquels circulent les véhicules, comportant des organes de roulement (B) et la caisse (A).
Figure 12 – Les surfaces de développement des composants du monorail
La surface de développement de chacune des composantes se veut la surface balayée lors de l'utilisation normale du système (on en excluera les surfaces balayées lors d'accidents, tels que collisions et déraillements).
Les surfaces de développement sont donc les suivantes:
- A – celle du véhicule;
elle combine la caisse et les organes de roulement (essieux, roues, suspension, etc.). - C– celle de la voie;
elle comprend la totalité de l'espace déliminté par le haut du rail, car lors des aiguillages et des traversées à niveau, l'autre rail balayera cet espace.
On remarquera que ces surfaces de développement s'imbriquent. Là réside la majorité du problème de la flexibilité d'un monorail.
Figure 13 – L'imbriquement des surfaces de développement d'un
monorail
En effectuant l'intersection des surfaces de développement du véhicule et de la voie, on en arrive à la surface d'intersection ou d'imbriquement du véhicule et de la voie, indiquée en rouge sur la figure 3 ci-contre :
En comparant avec la figure 3, cette surface est énorme; plus du tiers de la section du véhicule se trouve dans la surface de développement de la voie!
La conséquence directe est que les aiguillages devront être conçus pour assurer le déplacement d'une très grande surface lors de la manoeuvre des aiguillages, ce déplacement nécéssitant le remplacement d'une section complète de la voie sur la distance nécéssaire pour le dégagement de la surface de développement du véhicule traversant l'aiguillage.
Cela veut dire que plus un aiguillage sera conçu pour être traversé à une vitesse élevée, plus le mécanisme de déplacement des parties de la voie devra être long.
Dans le cas d'un birail, ce mécanisme porte le nom de pointes. Du fait de la faible surface de l'imbriquement de la voie et du véhicule d'un birail, ce mécanisme demeure de taille réduite comparativement à la taille de l'aiguillage.
Par contre, un monorail a une surface d'imbrication tellement élevée qu'il devient, dans beaucoup de cas, nécéssaire de recourir au remplacement complet de la voie dans un aiguillage, ce qui en augmente la complexité.
Le cas spécial du tube à vide («Hyperloop»)
Dans la lignée des monorails, il a été également proposé un système assez radical, comportant des véhicules circulant dans un tube où règne un vide suffisamment poussé pour permettre d'y circuler à des vitesses très élevés (pouvant même être hypersoniques).
Nous ne nous attarderons pas ici aux solutions technologiques envisagées pour implanter cette méthode, mais simplement allons y appliquer le même raisonnement que nous avons appliqué aux monorails et au birails ci-cessus.
Ce raisonnement, illustré dans la figure 21 ci-dessous, se passera naturellement de commentaires... On notera simplement que la section de la voie est supérieure à la section du véhicule.
Figure 21 – Véhicule circulant dans un tube à vide
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