Hyperloop – Refroidissement sous vide

Telerex contribue à une batterie thermique innovante

Comment refroidir dans le vide, où le transfert de chaleur par convection et conduction est impossible ? C’était la question centrale à laquelle l’équipe étudiante de Delft Hyperloop devait répondre. La solution a été trouvée dans une batterie thermique utilisant un matériau à changement de phase. Avec le soutien de Telerex, une idée à moitié formée a été transformée, en l’espace d’un an, en une application fonctionnelle et prometteuse.

L’hyperloop ambitionne de devenir le cinquième mode de transport de référence, aux côtés de la voiture, du train, de l’avion et du bateau. Grâce à une propulsion magnétique, des capsules (« pods ») sont projetées à très haute vitesse dans un tube sous vide. La faible résistance permet d’atteindre des vitesses supérieures à 1000 km/h. Un trajet Amsterdam–Paris ne prendrait alors que 30 minutes. L’hyperloop serait ainsi plus rapide que l’avion, tout en étant nettement plus économe en énergie.

"Nous avons commencé avec une idée incomplète, sans l’expérience nécessaire pour la concrétiser. Telerex et OTS nous ont donné la confiance que nous étions sur la bonne voie. Finalement, nous avons réussi à mener à bien un projet d’ingénierie complexe dans le temps imparti."

La scalabilité comme enjeu majeur

Avec la promesse de vitesses supersoniques, l’hyperloop pourrait transformer l’avenir de la mobilité. Et cet avenir pourrait être plus proche qu’on ne le pense : des projets de tracés existent déjà, notamment entre les régions de Rotterdam et d’Amsterdam. Des produits tels que les fleurs ou les médicaments pourraient ainsi être transportés à très grande vitesse, par exemple vers l’aéroport de Schiphol.

"L’objectif à terme est d’intégrer ce type d’infrastructure dans un réseau européen, voire mondial", explique Kevin Tran, responsable de la gestion thermique de Delft Hyperloop lors de l’année académique passée. "Cela nécessite de réfléchir dès maintenant à l’efficacité et à la scalabilité de l’infrastructure, des points centraux pour notre équipe."

Réduire les coûts de l’infrastructure

L’équipe Delft Hyperloop de l’Université Technique de Delft fait partie des seize équipes qui participent activement au développement du concept hyperloop à travers une compétition internationale. Environ quarante étudiants interrompent leur cursus pendant un an pour travailler à temps plein sur le projet. L’objectif n’est pas de concevoir une hyperloop de bout en bout, mais d’accélérer son adoption via des innovations ciblées.

Lors de l’European Hyperloop Week en juillet 2022, Delft Hyperloop a remporté le premier prix du meilleur prototype avec la Helios I. "L’équipe avait conçu un moteur permettant d’atteindre des vitesses impressionnantes", explique Joep Raithel, responsable de la propulsion dans l’équipe 2023. "Mais ce design intégrait des composants coûteux dans l’infrastructure même, rendant l’ensemble trop onéreux et difficilement déployable à grande échelle."

Relocalisation des composants électriques

"Pour notre prototype, nous avons choisi d’installer notre moteur magnétique économe en énergie directement dans la capsule plutôt que dans la voie", poursuit Raithel. "Cela transforme l’infrastructure en une simple structure passive en acier." Pour éliminer la résistance au roulement, la Helios II utilise des champs électromagnétiques pour léviter à la fois verticalement et latéralement, permettant ainsi à la capsule de flotter librement à l’intérieur du tube.

Mais cette configuration présente un inconvénient majeur : les composants électriques génèrent beaucoup de chaleur à l’intérieur de la capsule. "Et dans un tube sous vide, évacuer cette chaleur est extrêmement difficile, car la résistance thermique y est très élevée, ce qui isole thermiquement le système", souligne Tran. Lors du précédent prototype, le refroidissement était assuré par de l’eau, une solution inapplicable dans une capsule en mouvement.

Un nouveau système de refroidissement nécessaire

"Il nous fallait donc un système de refroidissement interne capable de stocker efficacement la chaleur", précise Tran. "La solution a été une batterie thermique utilisant un matériau à changement de phase – dans notre cas, une sorte de cire. Ce matériau passe de l’état solide à l’état liquide en absorbant de la chaleur, ce qui permet de stocker une quantité importante d’énergie pendant cette transition."

"Ce matériau doit être thermiquement conducteur, mais non conducteur électrique, afin d’éviter les courts-circuits", ajoute Lex van Huuksloot, Account Manager Thermal Management, Produits CEM & Enclosures chez Telerex. En tant que partenaire, Telerex soutient Delft Hyperloop notamment par des conseils techniques et une livraison rapide de composants. "Et bien entendu, il doit aussi être ignifuge."

Une collaboration fructueuse

Norbert Engelberts, d’Optimal Thermal Solutions (OTS), a joué le rôle de « médecin en gestion thermique » en validant le concept du nouveau système de refroidissement. Telerex a fourni les ventilateurs, les dissipateurs thermiques, et la technologie d’interface thermique avancée du fabricant espagnol CoolMag pour optimiser la régulation thermique des bobines de propulsion. Van Huuksloot : "Un atout important de CoolMag est l’absence de substances nocives. On peut le manipuler sans gants ni masque."

Tran et Raithel se félicitent de la collaboration avec OTS et Telerex. "Nous avons commencé avec une idée incomplète et sans expérience pour la concrétiser", se souvient Raithel. "Telerex et OTS nous ont soutenus dès le début. Finalement, nous avons livré un projet d’ingénierie complexe dans les délais – ce qui est assez rare. Même les grandes entreprises tech dépassent souvent leurs échéances."