Le bec du martin pécheur solution pour le Shinkansen

, par Christophe Juppin

Le Japon est équipé d’un train grande vitesse, le Shinkansen. La ligne ferroviaire franchissait de nombreuses montagnes et par conséquents une multitude de tunnels. Un ingénieur Japonais, Eiji Nakatsu, s’est demandé si dans la nature, un animal avait été confronté au même problème. Il a alors pensé au martin-pêcheur qui parvient à plonger à la verticale pour attraper ses proies dans l’eau sans perte de vitesse ni faire de remous.

Dès son inauguration, en 1964 le Shinkansen, le TGV Japonais, a été le train le plus rapide au monde. Il atteint même une vitesse de pointe de 405km /h.

Seulement pour parvenir à de telles performances le train présentait quelques contraintes : Plus un train roule vite plus il devait faire du bruit !
Le Shinkansen qui relie Osaka et Hakata, au Japon, passe dans de nombreux tunnels. A chaque traversée, l’air se trouvait brutalement comprimé puis relâché, ce qui provoquait une perte de vitesse et surtout d’énormes explosions sonores. Le Shinkansen roule à plus de 300 km/h. Or, plus un train va vite, plus il fait du bruit.
Dans le cas du Shinkansen, le bruit a longtemps dépassé les normes acoustiques.

Normalement le TGV, avec sa vitesse diffuse de l’air dans toutes les directions, phénomène de l’aérodynamique ; mais lors de son passage dans le tunnel, l’air emprisonné se retrouvait brusquement comprimé dans ce dernier générant une onde de pression d’une forte intensité.

Puis relâché à la sortie, cet air provoquait par la même occasion : des désagréments sonores pouvant nuire aux riverains des zones urbaines japonaises, de fortes vibrations, une succession de compression/décompression désagréables pour les passagers ou encore d’énormes pertes de vitesse exigeant de l’énergie supplémentaire pour ré accélérer.

C’est l’ingénieur et ornithologue Eiji Nakatsu qui a trouvé la solution en recherchant du côté : des oiseaux ! Le martin-pêcheur est un oiseau de petite taille aux couleurs brillantes et vives. On peut le rencontrer le long des rivières, les lacs et les étangs de basse altitude. Cet oiseau est surement le plus efficace sur terre pour traverser deux milieux différents : il est le grand champion de la transition air /eau.

Le martin-pêcheur se nourrit principalement de poissons. Il les capture en plongeant après les avoir repérés en vol stationnaire ou depuis un perchoir. Pour pouvoir se nourrir, il doit donc avoir le moins de perte de vitesse possible en entrant dans l’eau à la verticale et faire un minimum de remous pour ne pas alerter sa proie. Tous les martins-pêcheurs n’ont pas le même bec. Mais ceux possédant un bec aérodynamique ont plus de chance de survivre.

Les ingénieurs du Shinkansen ont copiés la nature tout simplement en reproduisant la forme profilée du bec du martin pêcheur à l’avant du train le plus rapide du monde.

L’idée est d’adapter l’avant du Shinkansen à la forme du bec du martin-pêcheur. Si la force de traînée d’un train moyen et du martin pêcheur sont comparées s’ils étaient de même taille (‘rayon’ de 1 m) et avançaient à 75 m/s (270 km/h) dans un air à 20°C (qui à un volume massique de 1,204 kg/m3), il est démontrable que pour le train elle serait de 10638 N (pour un coefficient de traînée de 1) et de 3191 N pour le martin pêcheur (Ct de 0,3). Ainsi en modifiant l’avant du train, la résistance de l’air est divisé par 3,33.

Ils ont ainsi gagnés en vitesse et en énergie, et performé le confort des japonais et celui qui devenus agréable des passagers.

Publié en 2016 par A.Bel Brunon, A.Tanguy et F.Ville sur https://moodle.insa-lyon.fr

Publié en 2016 par Eytan Levy, Noam Semhoun et Réphaël Guedj sur https://noam-semh.wixsite.com


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