Durabilité
Maglev, Hyperloop et le futur des trains
Ajouter Securities.io à vos sources préférées sur Google
L’Importance des trains
Rôle industriel
Toute l’ère industrielle a été construite sur une seule technologie: les chemins de fer et les trains. En créant un moyen à faible coût pour déplacer les marchandises à l’intérieur des terres, les chemins de fer et les trains ont considérablement boosté la productivité. Plus tard, le moteur à combustion pour les voitures et les camions, puis le moteur à réaction pour les avions, ont pris le devant de la scène.
Mais à ce jour, chaque économie industrielle dépend des trains pour soutenir sa production au-delà des régions côtières (qui sont soutenues par le commerce maritime). Les trains sont particulièrement cruciaux pour le transport des matières premières et des produits industriels en vrac comme l’acier, les voitures, etc.
Dans certains cas, cela peut prendre des formes extrêmes, comme la ligne ferroviaire de 704 kilomètres (437 mi) reliant le centre minier de fer au milieu du Sahara en Mauritanie, avec un train de 3 kilomètres de long, transportant 200‑300 wagons de marchandises, totalisant plus de 25 000 tonnes de matériel en une seule fois.
Source: Tourifique
D’ailleurs, la logistique basée sur les trains est également cruciale pour toutes les armées modernes, comme l’illustre l’importance des chemins de fer stratégiques dans la guerre en Ukraine, qui transportaient quotidiennement des milliers de obus et de munitions vers la ligne de front.
Voyage à grande vitesse
Les trains modernes ont également évolué au-delà du puissant cheval de travail industriel pour concurrencer efficacement les autoroutes et les aéroports.
Aucun endroit n’est plus révélateur que la Chine, qui possède le réseau ferroviaire à grande vitesse le plus dense du monde. À la fin de 2023, le réseau totalisait 45 000 km (28 000 miles), représentant les deux tiers du réseau mondial de trains à grande vitesse.
Les chemins de fer à grande vitesse, avec des vitesses comprises entre 200 et 380 km/h (120–240 mph), offrent un transport efficace entre les villes.
Géographie contrastée
Les réseaux ferroviaires dépendent fortement des politiques publiques et des décisions d’investissement nationales. Cela résulte d’une combinaison de facteurs:
- La plupart des réseaux ferroviaires sont nationalisés ou oligopolistiques en raison de la nature centralisée de la technologie.
- Les chemins de fer nécessitent des autorisations complexes et obligent souvent les propriétaires fonciers à vendre leurs terres ou à accorder des droits d’accès pour rendre les nouveaux projets possibles.
- Les coûts d’investissement élevés pour de nouveaux chemins de fer sont amortis sur des décennies, ce qui rend la plupart des investisseurs privés réticents à attendre aussi longtemps.
- Les chemins de fer modifient souvent la démographie, l’économie et le développement global de régions entières et de centres urbains, rendant leur tracé très politique.
Il n’est donc peut-être pas surprenant que plus la politique d’un pays est centralisée, plus les trains réussissent à supplanter les voitures et les autoroutes.
Chine
La Chine occupe la première place en matière de réseau ferroviaire. Non seulement elle possède ce réseau de trains à grande vitesse de 45 000 km, mais elle dispose également d’un réseau supplémentaire de 114 000 km de chemins de fer plus lents dédiés au service des zones locales et des installations industrielles.
Source: Reddit
D’ici la fin de 2035, la Chine prévoit d’atteindre 200 000 kilomètres (124 274 miles) de voies ferrées, dont environ 70 000 km de lignes à grande vitesse.
Toutes les villes de plus de 200 000 habitants seront couvertes par le réseau ferroviaire avant 2035, et celles de plus de 500 000 habitants seront reliées aux lignes à grande vitesse, selon le dernier plan.
La Chine encouragera également la construction de voies ferrées dans les zones dominées par des groupes ethniques minoritaires, ainsi que dans les zones frontalières et les régions sous‑développées du centre et de l’ouest du pays, afin d’atténuer la pauvreté et de revitaliser la campagne, a déclaré l’entreprise.
La même importance du chemin de fer se voit en Asie, avec par exemple les 132 310 km de voies en Inde, bien que de type beaucoup plus lent.
Europe
Une autre région favorable aux trains est l’Europe, avec un réseau de 202 131 km mais seulement 11,666 km de lignes à grande vitesse, principalement situées en Europe occidentale.
L’UE vise à tripler le trafic ferroviaire à grande vitesse d’ici 2050, le considérant comme essentiel pour un système de transport plus efficace dans le contexte de l’urbanisation.
Source: Wikipedia
En Europe, les trains peuvent toutefois être à la traîne dans le transport du commerce international, en raison d’un ensemble complexe de multiples tensions (AC et DC) et de systèmes de signalisation, ainsi que de différents écartements (l’espacement entre les rails), par exemple le Portugal et l’Espagne utilisent le leur, et la Finlande et les États baltes utilisent le calibre russe. Néanmoins, 70 % du trafic de marchandises (principalement international) à travers les Alpes suisses se fait par chemin de fer.
Source: Wikipedia
Amérique du Nord
Enfin, l’Amérique du Nord, en particulier les États‑Unis, accuse un retard en matière de réseau ferroviaire pour les passagers, avec principalement l’Amtrak à vitesse lente et les chemins de fer de fret.
Les États‑Unis, cependant, possèdent le plus grand réseau de transport ferroviaire au monde, avec 260 000 km de voies (160 000 miles). Historiquement, cela a été essentiel dans le développement des États‑Unis et la conquête de l’Ouest, notamment avec le premier chemin de fer transcontinental dont les voies ferrées étaient centrales pour relier l’arrière-pays aux régions côtières.
De la vapeur à l’électricité
Les premiers trains étaient propulsés par les toutes premières locomotives à vapeur, tirant leur énergie du charbon. Cela représentait une révolution par rapport au réseau de transport précédent, uniquement alimenté par le vent et la force animale, et a engendré un boom économique massif partout où il a été mis en place. Plus tard, on est passé au diesel pour des locomotives plus puissantes et moins polluantes.
Enfin, une nouvelle étape a été franchie avec l’électrification, permettant au train de ne plus transporter son propre carburant, mais d’utiliser plus efficacement l’énergie produite directement dans les centrales.
Source: Mesas Stamps
L’électrification a également ouvert la voie aux trains alimentés par des combustibles fossiles, que ce soit à partir d’énergie nucléaire ou renouvelable. Cela fait des trains modernes un mode de transport beaucoup moins polluant, avec une empreinte carbone radicalement plus faible.
Par exemple, au Royaume‑Uni, malgré la décarbonisation de l’électricité qui reste en retard, chaque type de transport ferroviaire, du réseau national aux tramways et métros, n’émettait que 35‑28 grammes d’équivalents CO₂ par kilomètre-passager, en dessous des VE (47 g) et 5 fois moins que les voitures diesel et essence (170 g).
Source: Our World In Data
L’avenir des trains
Maglevs
Loin d’être une technologie stagnante et vieillissante, le transport ferroviaire est à l’avant‑garde de l’évolution technologique et de l’électrification.
Une innovation clé est le train maglev (lévitation magnétique), lancé commercialement pour la première fois en 2004. Cette technologie à l’aspect de science‑fiction permet aux trains de léviter littéralement au-dessus des rails.
Cela offre quelques avantages uniques comparés aux chemins de fer classiques et à tout autre moyen de transport terrestre:
- Réduit considérablement les frottements, diminuant les pertes d’énergie globales.
- Moins de frottement réduit également la production de chaleur, permettant des vitesses beaucoup plus élevées.
- Sans contact, les seules limites de vitesse sont liées à la résistance de l’air et à la capacité du système maglev.
- L’absence de contact crée une expérience très fluide, avec beaucoup moins de vibrations que sur des roues en acier, même à très haute vitesse.
Le fonctionnement du maglev repose sur la génération de champs magnétiques massifs, à l’aide d’aimants supraconducteurs (sans résistance électrique). Pour cela, les aimants doivent être refroidis à -450 °F / -267 °C.
Source: Department Of Energy
Un autre grand avantage est la sécurité. Les trains maglev sont « propulsés » par la voie guidée. Deux trains circulant sur le même itinéraire ne peuvent pas se rattraper et se percuter car ils sont tous propulsés à la même vitesse.
De même, les déraillements de trains traditionnels qui surviennent à cause d’un virage trop rapide ne peuvent pas se produire avec le Maglev. Plus un train maglev s’éloigne de sa position normale entre les parois de la voie, plus la force magnétique qui le pousse à revenir en place devient forte.
Le marché des trains maglev est estimé à 2,17 milliards de dollars en 2023 et devrait atteindre 3,13 milliards de dollars d’ici 2031, soit un TCAC de 4,7 %.
Vitesse illimitée ?
La vitesse maximale atteinte par un maglev a été réalisée par le maglev supraconducteur L0 de la JR Central japonaise, qui a atteint une vitesse de pointe de 603 kilomètres par heure (375 mph) en 2015.
C’est probablement proche de la limite maximale atteignable pour le maglev, en raison de l’augmentation de la résistance de l’air à mesure que la vitesse augmente.
Dans tous les cas, voyager au‑delà de la vitesse du son (1 235 km/h / 767 mph) créerait un bang supersonique qui endommagerait à la fois l’infrastructure ferroviaire et son environnement.
Adoption massive ?
Le maglev reste une technologie relativement rare, la plupart des trains à grande vitesse atteignant leurs vitesses avec des méthodes conventionnelles.
Cependant, le déploiement massif de maglevs pourrait éliminer la plupart des besoins en transport aérien régional, comme en Europe ou à travers le continent nord‑américain, car 400‑600 km/h peuvent rivaliser avec les avions, surtout en tenant compte des retards liés aux aéroports et à l’embarquement (contrôles de sécurité, bagages, etc.).
Et combiné à la décarbonisation du réseau électrique, cela pourrait avoir un impact majeur sur les émissions mondiales de carbone.
Les emplacements idéaux seraient probablement à l’intérieur et entre les mégalopoles mondiales, notamment sur les côtes américaines, au nord de l’Inde, sur l’île de Java (Indonésie) et en Europe occidentale.
Source: Pinterest
Hyperloop
Et si les trains maglev n’étaient pas limités par la vitesse du son ?
Cette idée peut sembler extravagante au premier abord, mais il existe un moyen d’éviter la création d’un bang supersonique et de souffrir d’une friction aérienne excessive: simplement enlever l’air. C’est le concept d’hyperloop, popularisé par Elon Musk dans un livre blanc en 2013, proposant un trajet de Los Angeles à San Francisco en seulement 30 minutes.
Source: The Verge
L’idée est d’enfermer le train maglev dans un tube ou tunnel dépressurisé. Ainsi, le système maglev peut accélérer sans être limité par la friction de l’air.
L’idée a immédiatement suscité un engouement culte et était en cours de développement par Hyperloop One, anciennement Virgin Hyperloop. Cependant, cette entreprise a définitivement fermé en 2023, après avoir épuisé ses fonds.
Ce revers a conduit beaucoup à déclarer prématurément la mort du concept, le qualifiant (jeu de mots) de rêve irréalisable. C’était prématuré, car d’autres initiatives similaires à l’hyperloop progressent.
Prototypes d’Hyperloop
Le premier est le Hardt Hyperloop néerlandais qui a annoncé avoir testé avec succès son véhicule hyperloop en septembre 2024. Il s’agit seulement d’une preuve du déplacement du véhicule et du maintien du vide, mais c’est une première étape.
D’autres entreprises actives sur ce sujet dans les pays occidentaux sont la Boring Company de Musk et l’italienne HyperloopTT.
En Chine, passionnée de trains, un train maglev a récemment terminé un test sur un pipeline de 2 kilomètres (1,2 mile) avec un environnement à faible vide dans la province du Shanxi. Ce test a été réalisé par China Aerospace Science and Industry Corporation (CASIC).
Le design vise une vitesse de 1 000 kilomètres (621 miles) par heure. Le système avait également atteint précédemment une vitesse record de 623 kilomètres (387 miles) par heure lors d’un essai en conditions non‑vacuum.
L’objectif ne serait pas de s’arrêter à 1 000 km/h mais d’atteindre jusqu’à 4 000 km/h à long terme.
Ainsi, en théorie, il pourrait être utilisé pour des voyages intercontinentaux, le mettant au même niveau que les avions hypersoniques commerciaux qui n’existent pas encore, permettant par exemple de relier Berlin à Pékin en seulement 2‑3 h ou Los Angeles à New‑York en 1‑2 h.
Cependant, les systèmes hyperloop nécessiteront de nombreux progrès en conception et en ingénierie pour devenir une réalité. Parmi les quelques difficultés figurent:
- Maintenir en toute sécurité un vide fort sur l’ensemble de la ligne.
- Cela inclut la gestion du risque de perte soudaine et indésirable du vide après un accident ou même une attaque terroriste.
- Fournir de manière sûre et efficace la quantité phénoménale d’énergie requise par le système.
- Intégrer l’hyperloop au réseau existant de chemins de fer et de gares.
- Construire des infrastructures dédiées.
- Les vitesses extrêmes impliquées limiteront les options de tracé, obligeant le développeur d’hyperloop à recourir à des super‑ponts et tunnels coûteux pour franchir les obstacles.
Autres innovations
Le transport ferroviaire est une technologie qui a historiquement toujours bénéficié des innovations d’autres industries. Il a d’abord exploité la locomotive à vapeur utilisée pour pomper l’eau dans les mines de charbon, puis le moteur diesel nouvellement investi, puis l’électricité et les aimants supraconducteurs.
Il est donc logique d’examiner l’avenir des trains dans le contexte plus large des progrès technologiques.
Supraconducteurs à haute température
Une partie clé du système maglev et hyperloop est le besoin d’aimants supraconducteurs. Ceux-ci nécessitent les températures ultra‑basses d’aujourd’hui, ce qui est techniquement difficile et énergivore.
Cela pourrait changer bientôt, les matériaux supraconducteurs nécessitant moins de froid voire des températures ambiantes. Nous avons détaillé leur développement et les dernières nouvelles dans “Progress In Superconductivity Making Way For A New Technological Revolution“.
Dans l’ensemble, si la supraconductivité était atteinte à une température beaucoup plus élevée, cela ferait du maglev une option bien supérieure au chemin de fer à grande vitesse classique.
Cela rendrait également triviale la transmission d’absurdes quantités d’énergie sur de longues distances, rendant les énergies renouvelables, l’hyperloop, ainsi que le développement d’autres technologies transformant la civilisation comme la fusion nucléaire, beaucoup plus économiques.
IA, trains autonomes et chemins de fer intelligents
L’automatisation et l’IA sont d’autres technologies en rapide progression. Alors que nous envisageons le développement de voitures autonomes capables de gérer la complexité des routes urbaines, il est logique que nous devrions atteindre les trains autonomes encore plus tôt. Cela est notamment dû au fait que les trains opèrent dans un environnement beaucoup plus contrôlé et connu, même à des vitesses encore plus élevées.
- Surveillance sécurisée.
- Mises à jour en temps réel et billetterie intelligente.
- Services de train automatisés.
- Trains autonomes.
- Maintenance prédictive.
- Connectivité, contrôle automatisé des trains et signalisation numérique.
Une autre activité qui pourrait être stimulée par la numérisation, l’IA et également la blockchain est la logistique. Le chargement‑déchargement des wagons de fret, le changement de wagons entre trains, le transport transfrontalier et l’interconnexion avec le transport routier pourraient être semi‑ou totalement automatisés, rendant le fret ferroviaire beaucoup plus efficace et rentable.
Tunnelage
Une autre option que nous pourrions voir est un transport beaucoup plus important (y compris ferroviaire) via le tunnelage. C’est l’une des obsessions personnelles d’Elon Musk, la Boring Company ayant probablement été fondée pour aider à résoudre le transport sur Terre tout autant que pour construire des habitats sur Mars.
Cela pourrait être une option privilégiée pour les futurs systèmes hyperloop, car un tunnel sera plus stable, moins vulnérable aux accidents et globalement plus facile à maintenir sous un vide fort qu’un tube suspendu.
Mass drivers
L’idée clé d’un mass driver est qu’une navette pourrait être envoyée en orbite en l’accélérant suffisamment au sol, de sorte qu’elle n’aurait pas besoin de propulseur embarqué.
En essence, ce serait un hyperloop, mais avec l’objectif d’atteindre la vitesse de libération pour propulser un vaisseau spatial en orbite sans propulseurs embarqués.
La rampe de lancement devra également mesurer des centaines, voire des milliers de kilomètres de long, la zone la plus prometteuse étant le plateau tibétain.
Source: Acepedia
Il n’est peut-être pas surprenant que la Chine envisage déjà de développer une telle technologie, il se peut donc qu’elle soit plus proche que prévu.
Si elle réussit, elle pourrait réduire de nouveau de 10 fois le prix de lancement orbital déjà fortement réduit par SpaceX (SPCX ), les estimations plaçant les coûts à seulement 60 $/kg.
En aside, ce type de système pourrait d’abord être utilisé avec des modèles de petite taille pour propulser des avions à une vitesse où les moteurs scramjet hypersoniques peuvent fonctionner, permettant des vols hypersoniques très rapides.
Ainsi, si les hyperloops transcontinentaux ne sont pas une option économiquement viable, il se pourrait que le mass driver / hyperloop de lancement pour le vol hypersonique utilise encore cette technologie.
Investir dans les technologies liées aux trains
Bien qu’ils attirent beaucoup moins l’attention que l’aérospatiale ou les véhicules électriques, les trains, le maglev et peut-être à l’avenir l’hyperloop sont à l’avant‑garde de la révolution des moyens de transport de l’humanité et de l’économie.
La Chine a jusqu’à présent mené la voie, mais le reste du monde prend note et cherche également à augmenter massivement leur capacité ferroviaire.
Si vous n’êtes pas intéressé par le choix d’entreprises liées aux trains, vous pouvez également vous tourner vers des ETF tels que SmartETFs Smart Transportation & Technology ETF (MOTO), iShares US Transportation ETF (IYT), ou SPDR S&P Transportation ETF (XTN) qui offriront une exposition plus diversifiée pour capitaliser sur le secteur du transport et du chemin de fer, stratégiquement vital.
Compagnies ferroviaires et de trains
1. Siemens Aktiengesellschaft (SIE.DE)
Siemens est une entreprise solide du secteur industriel, avec des activités dans les industries électroniques lourdes, les infrastructures, la mobilité et la santé.
Source: Siemens
Les activités de l’entreprise dans l’IoT sont réparties sur plusieurs segments, incluant l’automatisation (62 % du total des industries numériques) et les infrastructures intelligentes.
L’activité santé se concentre davantage sur l’imagerie, les analyses et la robotique, tandis que le segment mobilité concerne principalement les trains et les infrastructures ferroviaires.
L’entreprise voit une grande opportunité dans l’automatisation due à la diminution de la population mondiale et à la « glocalisation » (ou « re‑shoring » de la capacité industrielle plus proche des marchés finaux). La présence croissante des énergies renouvelables dans le réseau électrique augmente également la demande d’un « smart grid » capable de gérer ces sources d’énergie plus intermittentes et variables.
Dans le créneau où elle est active, Siemens est un concurrent très fort, se classant n° 1 en automatisation d’usines, automatisation ferroviaire, automatisation du réseau et logiciels industriels verticaux (incluant 1 300 experts en cybersécurité).
Source: Siemens
Siemens est une action positionnée pour bénéficier de l’électrification, du re‑shoring, de l’IoT, de l’automatisation, des chemins de fer et du niveau croissant de technologie dans les processus industriels en général.
En tant que leader dans la fabrication d’équipements ferroviaires, elle bénéficiera directement des investissements dans le secteur, ainsi qu’indirectement de la tendance à la réindustrialisation.
Grâce à sa large gamme de technologies, elle sera à l’avant‑garde de la construction de chemins de fer intelligents, tirant parti de son expérience en automatisation et IoT acquise dans d’autres industries déjà plus numérisées.
2. Alstom (ALO.PA)
L’entreprise française a été parmi les premières à créer un train à grande vitesse, devenu le célèbre TGV (“Train à Grande Vitesse”).
Aujourd’hui, elle est le leader mondial du matériel roulant (véhicules ferroviaires, plus de 4 600 voitures/ans), des services et des systèmes clés en main, et se classe n° 2 en signalisation, en partie grâce à son acquisition de Bombardier Transportation en 2021.
Source: Alstom
Alstom est le leader de l’automatisation des réseaux ferroviaires, ayant atteint le niveau d’automatisation le plus élevé, GoA4, sur les lignes régionales françaises d’ici 2023.
Source: Alstom
Elle a réalisé cela grâce à son « Automatic Train Operation », qui comprend le contrôle automatique des trains, la protection et la supervision.
Ce système entraîne une réduction de 45 % de la consommation d’énergie et une augmentation de 30 % de la capacité passagers par ligne.
Bien qu’elle soit leader dans son secteur, l’entreprise a connu quelques années tumultueuses sur le plan financier, à commencer par un plan de sauvetage de 3,2 milliards d’euros du gouvernement français en 2003.
Depuis, le groupe Alstom a cédé ses activités de construction navale et de transmission électrique au géant nucléaire Areva en 2004, puis ses divisions énergie et réseau à GE en 2014, et son activité de turbines à gaz lourdes à Ansaldo Energia.
Cela fait du nouveau Alstom une entreprise exclusivement axée sur les trains, issue du conglomérat industriel complexe du début des années 2000.
Le groupe travaille à reconstruire sa rentabilité et son carnet de commandes, avec une forte croissance des livraisons futures depuis 2022.
Source: Alstom
Dans l’ensemble, l’entreprise estime un potentiel de marché à moyen terme allant jusqu’à >230 milliards d’euros pour la période 2025‑2028, lui permettant de choisir les contrats rentables, ainsi que d’absorber l’augmentation de ses capacités de fabrication.
