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06/09/2018

L’Hyperloop : simple défi technologique ou mode de transport de demain ?

Avec la demande croissante de mobilité et la prise de conscience des contraintes environnementales, les collectivités et Etats cherchent aujourd’hui à valoriser les transports les moins polluants tout en  répondant au mieux aux besoins des usagers.

En France, avec plus de 68% des déplacements sur longues distances effectués par des véhicules particuliers et seulement 17% pour le train, il est nécessaire d’offrir aux usagers des solutions à la fois fiables, peu chères et répondant aux critères environnementaux. L’hyperloop, projet lancé par Elon Musk en 2013 en ayant laissé ses travaux en open source sans y déposer le moindre brevet, semble répondre à ces nouveaux enjeux, mais offre–t-il des solutions suffisamment performantes pour, à terme, concurrencer les modes de transport actuels ?

 

Cet article est une reprise de l'étude initialement publiée sur le blog Energies&Environnement de Sia Partners disponible ici.

Une technologie de rupture pour accélérer la mobilité des usagers

L’hyperloop s’inscrit en rupture dans le monde du transport non seulement par sa technologie, mais aussi par ses possibles performances en matière de mobilité. Le principe consiste à déplacer des capsules contenant les passagers (sorte de trains relativement courts) dans des tubes à faible pression (environ 100 Pa au lieu de 101 325 Pa dans un environnement classique). Ces capsules sont surélevées par sustentation magnétique, afin de limiter les frottements. Le système de propulsion magnétique est accompagné par une boucle fermée d’air, dans lequel il est aspiré en amont, comprimé puis rejeté à l’arrière de la capsule participant ainsi à sa propulsion. Avec un objectif fixé à 1000 km/h ces capsules, pouvant contenir de 28 à 40 passagers, pourraient ainsi effectuer San Francisco – Los Angeles, soit 560 kilomètres, en moins de 30 minutes[i].

Afin de réduire l’empreinte carbone, l’ensemble des besoins énergétiques pourraient, de manière théorique, être couvert grâce à des panneaux solaires installés sur les tubes, ainsi que par des systèmes de récupération d’énergie sur les dispositifs de freinage. En effet, l’énergie nécessaire pour une capsule sur une distance de 560 kilomètres serait de 485 kWh environ. Sur ces 560 kilomètres, seraient installés des panneaux solaires pour obtenir une puissance totale de 285 MW[ii]. Ainsi, avec environ 285 GWh d’énergie (optimisation grâce à l’utilisation de batteries et d’air comprimé), l’hyperloop peut opérer sur l’année sans aucune émission de CO2. Ce bénéfice écologique promu par les entreprises positionnées sur cette technologie est à nuancer lorsque l’on considère le cycle de vie complet d’un tel projet, qui nécessite l’utilisation de nombreux métaux rares pour la construction des batteries, aimants ou panneaux solaires par exemple.

Une effervescence mondiale autour de projets qui peinent pourtant à dépasser le stade d’expérimentation

Cette technologie, est aujourd’hui considérée, comme une alternative crédible au train ou à l’avion pour le transport sur longue distance, mais ne possède à ce jour aucun projet réalisé. Trois entreprises explorent actuellement l’idée de l’hyperloop afin d’offrir cette nouvelle alternative de mobilité pour les usagers. La plus connue est Virgin Hyperloop One, fondée en 2014 par un collaborateur de Elon Musk, qui effectua ses premiers tests en mai 2016 avec une vitesse de 112km/h, puis 310 km/h en juillet 2017 (hors tube faible pression)[iii][iv].  A titre de comparaison, les TGV peuvent avoir des vitesses moyennes de l’ordre de 300 km/h. La start-up projette également de créer la première ligne commerciale visant à relier Dubaï – Abu Dhabi en seulement 12 minutes (140 kilomètres soit une moyenne de 700 km/h). Ce projet signé en mai 2016, n’en est cependant qu’au stade de l’étude de faisabilité, mais pourrait voir sa mise en service actée à horizon 2021. Une deuxième start-up, nommée Hyperloop Transportation Technologies, fondée par Dirk Ahlborn, utilise une structure très différente des autres entreprises : la start-up n’emploie que 4 salariés, mais plus de 450 personnes sont associées à distance par groupe de 4 à 7. Ces ingénieurs, développeurs ou encore chargés de la communication, seront rémunérées si les projets se réalisent[v]. Elle construit actuellement sa première piste d’essai à Toulouse pour effectuer des tests d’ici 2018-2019[vi]. Enfin, Transpod start-up canadienne fondée en 2016, a publié plusieurs études de faisabilité et envisage notamment le lancement d’un projet au Canada ainsi qu’une piste d’essai en France, dont le permis de construire a été déposé le 10 août dernier en Haute-Vienne (87).

Ces différentes start-up cherchent à démontrer la faisabilité de leurs projets dans divers pays du monde et sont soutenues par de nombreuses entreprises (SNCF, Liebherr-Aerospace, Space X...) pour mener à bien leur recherche. La France, de par son excellence en aérospatiale, attire les entreprises travaillant sur l’hyperloop. Le centre de recherche de Hyperloop Transportation Technologies a ainsi ouvert ses portes à Toulouse en 2017.

Malgré la forte effervescence sur l’hyperloop, aucun test n’a aujourd’hui été réussi en conditions réelles. La réussite du premier hyperloop pour l’une de ces start-up est donc primordiale, notamment en matière d’image et de référence pour dupliquer les installations ; ce qui explique les nombreuses communications sur les différentes signatures à travers le monde.

Ainsi, derrières les projets proposés par les start-up, quelle est la réalité des chiffres, notamment face à des technologies concurrentes, telles que le TGV actuel ou le MAGLEV (autre mode de transport utilisant la sustentation magnétique) très utilisé en Asie[vii] ?

Des projets qui affichent de fortes ambitions par comparaison aux modes de transport existants

Les nombreuses entreprises travaillant sur l’hyperloop proposeraient, sur le papier, un coût de réalisation (infrastructures, cargo, foncier…) très compétitifs, comparés à d’autres modes de transport : 6 milliards de dollars pour Los Angeles – San Francisco contre 68 pour un projet de train ultra rapide sur la même distance[viii]. En France, l’école des Mines de Saint Etienne a évalué à 700 millions d’euros la ligne Lyon – Saint-Etienne, contre 1,2 milliard d’euros pour l’autoroute A45[ix].

TransPod a effectué une analyse des coûts et performances sur la ligne Paris – Francfort, entre l’hyperloop et le TGV[x]. Elle permet de mettre en relief un coût total de réalisation 30% moins chers que le TGV, mais dont les coûts sont ici théoriques (coûts uniquement basés sur des études, ne prenant pas en compte le fort aléa lié à l’aspect prototype) et non réels, comparés au TGV.  

Les résultats des différentes start-up, dont ceux de Transpod, sont ainsi éloquents bien qu’à nuancer : plus rapide et théoriquement moins cher en investissement, l’hyperloop est cependant limité par sa capacité d’échange[xi], plus de deux fois moins importante que celle d’un TGV. Cette capacité d’échange pourrait affecter la rentabilité des projets, limitant les revenus issus du volume de passagers transportés. Rapportés au nombre de passagers transportés, les coûts de l’hyperloop seraient ainsi beaucoup plus importants.

Rapide et économique, l’hyperloop serait, en théorie, plus compétitif que les autres modes de transport aujourd’hui déployés. Néanmoins, sans projet opérationnel à l’heure actuelle, le coût de transport par passager demeure théorique. Ce sont néanmoins ces coûts qui seraient retenus pour les calculs de rentabilité des porteurs de projet[xii]

Ce mode de transport théoriquement compétitif, permettrait de répondre à la demande de mobilité des consommateurs toujours en quête de rapidité à moindre coût. Comme attendu, la voiture est le mode de transport le moins efficace, avec plus de 5 heures de route nécessaires pour effectuer le trajet. L’avion répond au critère de temps, mais reste très énergivore et cher. Le TGV est aujourd’hui l’un des transports les plus compétitifs, mais l’hyperloop pourrait, si les entreprises respectent leurs chiffrages, défier toute concurrence.

De nombreuses incertitudes sur la faisabilité et rentabilité de tels projets

Le principal facteur de scepticisme vis-à-vis de l’hyperloop porte sur les différents coûts d’un tel projet, notamment celui présenté par Elon Musk sur la ligne San Francisco – Los Angeles, qui semble utopique en considérant les nombreuses sous-estimations qui y sont présentes, notamment sur les infrastructures. En effet, les infrastructures principales de l’hyperloop sont des pylônes qui permettent de surélever les tubes de transport, et réduisent ainsi le coût du foncier à acquérir. Cependant, les pylônes devront répondre à de nombreuses exigences en matière de sécurité, qui ne sont pas prises en compte dans les différents rapports actuels[xiii]. Ces rapports oublient ainsi les nombreuses spécificités de terrains (montagne, fleuve, zone sismiques…) pouvant engendrer des coûts exorbitants (1 kilomètre de tunnel correspond à 100 millions d’euros environ[xiv]).

Les tests sont actuellement effectués dans des déserts, où les contraintes tant sur le coût du foncier que sur la structure du terrain sont moindres. De plus, aucune entreprise n’a encore réussi à atteindre les performances attendues, avec des vitesses dépassant les 1000 km/h. A cela il faut ajouter les différents coûts opérationnels (maintenance, taxes, services…) de ce transport alternatif, dont la valeur est aujourd’hui inconnue par les entreprises et qui va impacter le prix du billet annoncé par les entreprises (entre 20 et 30€ un trajet aujourd’hui annoncé).

D’autres rapports[xv] critiquent ainsi cette sous-estimation des porteurs de projets hyperloop lorsqu’il est comparé au TGV. Ainsi une étude universitaire a réalisé une nouvelle étude des coûts CAPEX et OPEX sur l’hyperloop remettant en cause les différents projets proposés par les industriels. Elle montre que l’hyperloop pourrait être moins cher que le TGV au-delà de la 40ème année d’utilisation. Cependant, il est aujourd’hui extrêmement difficile de connaitre les différents coûts de maintenance ni la durée de vie des composants de l’hyperloop du fait de sa nouveauté.

De plus, au niveau énergétique, étant donnée l’absence de tests réels en sous pression des tubes, les résultats de consommation énergétique ne sont que théoriques, et aucune donnée ne précise les possibles surconsommations en cas de fuite d’air, mauvaise conception ou défaillance électrique. Cela engendrerait nécessairement des coûts supplémentaires.

Enfin, L’hyperloop, de par ses infrastructures, aurait un nombre de stations très limité, oubliant ainsi les périphéries des grandes villes ; à contrario d’un TGV, qui peut utiliser les gares TER existantes permettant une meilleure desserte pour les usagers en périphérie des principaux centres urbains. Les conditions devant être réunies pour accéder au développement d’un projet d’hyperloop laissent également peu de place aux économies liées à l’apprentissage sur le court terme, car peu de sites seraient éligibles au regard des spécificités requises en matière de terrain.

 

Aujourd’hui, l’hyperloop peut être présenté comme une technologie de rupture non seulement grâce à ses promesses d’un point de vue technique (technologie en sous pression, absence de pollution...) mais aussi de l’amélioration de service proposé pour les usagers. Cependant, il faut nuancer l’attractivité de l’hyperloop notamment sur les prix du billet proposés par les entreprises. En effet, les coûts affichés par les industriels n’estiment pas les OPEX aujourd’hui inconnus, ni les CAPEX pour des zones non optimales, ce qui engendra in fine un surcoût pour les voyageurs.

De fait l’hyperloop serait – dans un premier temps du moins – réservé exclusivement à des projets et applications extrêmement spécifiques avec une faible marge de manœuvre pour les économies d'échelle nécessaires à ce mode de transport pour s’inscrire comme une alternative durable aux moyens déjà existants.

 

 


[ii]  Surface de 4,25 m de largeur sur 580 km, pour des panneaux ayant une puissance de 120 Wc/m2)

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