Hyperloop utopie ou solution pour une mobilité plus durable

C’est Elon Musk le patron de Tesla et de Space X qui a publié en 2013 « Hyperloop Alpha » un document proposant la réalisation d’un nouveau type de transport supersonique. Des capsules circulant dans un tube sous vide capable de dépasser les 1235 km/h en vitesse de pointe permettraient de relier en 30 mn Los Angeles à San Francisco, villes distantes de 600 km. Hyperloop est une technologie en rupture que son promoteur considère comme le cinquième mode de transports après le bateau, le train, l’automobile et l’avion. Elle permettrait d’atteindre deux fois la vitesse commerciale de l’avion à un coût du dixième de celui du TGV (en Californie) et produisant plus d’énergie solaire qu’il n’en consomme.

En proposant une approche ouverte sans brevets, Elon Musk a donné le coup d’envoi d’un processus de mobilisation d’expertise sans précédent de spécialistes et d’experts notamment de la NASA, d’écoles d’ingénieurs et de consortiums industriels. Depuis 2013 un système d’innovation se met en place à la vitesse à laquelle sont habitués les acteurs du Net (Elon Musk a fait fortune avec Paypal). Ce projet entre dans le large mouvement de réinvestissement des acteurs de l’économie numérique dans le monde matériel et surtout il en adopte les méthodes ouvertes et rapides.

Il ne s’agit pas d’une idée nouvelle, l’américain Robert Goddard, pionnier des fusées avait formulé dès les années 1910, la proposition de trains qui circuleraient dans des tubes sous-vide. Une étude de la Rand Corporation américaine proposait en 1972 un système de transit à très grande vitesse (VHST) fonctionnant dans une atmosphère raréfiée dans des tubes tunnels souterrains. Plus près de nous au début des années 2000 en Suisse, Swissmetro proposait de développer un train magnétique dans un environnement à basse pression. Des concessions ont même été accordées à Swissmetro pour relier les villes suisses de Saint-Gall, Zurich, Bâle et Genève. Mais aucune suite n’a été donnée.

En parallèle dans les années 1970, le Japon et l’Allemagne ont commencé à investir dans la technologie Maglev, des trains à sustentation magnétique, mais dans l’atmosphère. La vitesse enregistrée la plus élevée a été de 581km/h réalisée au Japon en 2003.

Suite à l’annonce d’Elon Musk, trois entreprises ont été créées pour faire aboutir ce projet : Hyperloop One (US) entreprise dans laquelle la SNCF a pris des participations il y a un an, Hyperloop Transportation Technology HTT (US) qui ouvre actuellement un laboratoire de recherche à Toulouse et recrute dès à présent des ingénieurs, et enfin Transpod (Canada) qui est dirigée par deux français qui ciblent le Canada et l’Europe. La Chine et la Corée ont mobilisé de leur côté chercheurs et industriels sur des projets similaires.

Comme il ne s’agit pas d’une idée totalement nouvelle, ni d’une technologie de rupture issue de découvertes scientifiques nouvelles, il s’agit de l’assemblage de technologies connues mais qui doivent fonctionner ensemble dans des conditions nouvelles. C’est pourquoi la stratégie actuelle des trois entreprises est d’assembler des compétences scientifiques (laboratoires des universités et des écoles les plus prestigieuses) et des entreprises disposant de savoir-faire, pour passer rapidement du développement de prototypes, à des démonstrateurs et aux lignes commerciales. Au lieu du processus de développement traditionnel dans lesquels ces étapes successives s’enchainent sur plusieurs années voire des dizaines, ces processus sont menés en parallèle sur des délais courts. Se développeront ainsi des systèmes d’innovation amenant différents acteurs à coopérer. Hyperloop TT a même publié un calendrier de recherche et d’innovation détaillé sur 10 ans, donnant une visibilité à son calendrier d’association de compétence.

Hyperloop c’est quoi sur le plan technique ? Un nouveau système de transport de voyageurs avec des navettes d’une trentaine personnes qui circulent dans des tubes à très basse pression (le millième de la pression atmosphérique) avec une propulsion électrique (moteur linéaire) et une suspension sur coussin d’air et/ou magnétique selon les derniers développements. Dans la version de surface les tubes sont soutenus par des piliers, mais le passage en sous-terrain est possible. Elon Musk vient de créer à cet effet une entreprise la Boring Company (jeu de mot à double sens creuser et ennuyer) pour baisser d’un facteur 10 le coût des tunnels (voir article). En limitant les frottements la consommation d’énergie est faible au point que l’alimentation par photopiles solaires suffit. L’énergie consommée à l’accélération est récupérée en partie au freinage. La vitesse maximale de 1200km/h en ligne droite met Hyperloop directement en concurrence de l’avion, dans des parcours plus sinueux des régimes vers 400km/h sont envisagés. Mais sa capacité à entrer dans les centre villes, et de fonctionner en continu (des capsules toutes les 40 secondes) et non en horaires fixes, permet une intégration nouvelle avec les systèmes de transport collectif organisés par des applications numériques (smartphone).

Même si les hypothèses de départ sont identiques les options techniques prises par les entreprises sont variées. Le diamètre des tubes n’est pas le même, 4 m pour HTT et Transpod et moins pour Hyperloop One. Les technologies sont différentes HTT utilisant un système passif d’aimants permanents consommant peu d‘énergie et Transpod utilisant des dispositifs actifs consommant plus d’énergie mais étant plus stables. Les entreprises ne sont pas dans une perspective ouverte telle que le proposait Elon Musk mais se protègent par des brevets.

Quelle crédibilité technique ? Les moyens et l’expertise mobilisés au niveau international donnent une crédibilité technique aux hypothèses. Les essais et les prototypes envisagés vont valider ces hypothèses et mettre au point les ajustements techniques. A horizon de 2 ans les cahiers des charges techniques seront précisés. Des premières lignes sont envisagées dès 2022.

Quelle crédibilité économique ? Les estimations économiques visant dans un premier temps la liaison Los Angeles San-Francisco semblent nécessiter un investissement largement inférieur à celui du TGV. L’extrapolation des estimations californiennes sur la distance de 60km Saint-Etienne Lyon conduirait à un investissement de 700 Millions d’€.

Le fonctionnement avec faible usure et faible consommation d’énergie font envisager des coûts de fonctionnement limités par rapport ceux du TGV. Le modèle économique du TGV est aujourd’hui en difficulté. La marge opérationnelle a chuté de 20 à 8,5% en 2016[1]. Les recettes sont inférieures aux dépenses d’entretien du réseau ce qui contribue à augmenter l’endettement. L’usure des infrastructures et les dépenses énergétiques deviennent prohibitives au-delà de 300km/h, les coûts d’exploitation du TGV devenant trop importants.

Quel impact environnemental ? Du fait de la faible consommation d’énergie (environ 10 fois inférieure à l’avion) et son usage de l’électricité photovoltaïque Hyperloop est un mode de transport à impact carbone quasi nul. Cette infrastructure sur pylônes n’interrompt ni les des trames humaines des échanges locaux sur le territoire, ni les trames vertes et bleues contrairement au rail et aux autoroutes. En souterrain à l’approche des villes, l’impact est lui aussi limité.

L’absence de bruit permet de combiner fret et voyageurs pour un usage 24h/24h sans nuisance pour les riverains.

Bien entendu des analyses environnementales complètes prenant en compte le cycle de vie des produits utilisés, les impacts sur la mobilité et les effets rebond doivent encore être menées pour optimiser cette technologie.

Quels risques économiques ? Il y a toujours des problèmes techniques qui émergent lors de la mise en œuvre et qui se traduisent le plus souvent par des surcoûts. Mais inversement on peut trouver des financements publics et privés et des engagements de laboratoires de recherche et d’entreprises pour la recherche développement que l’on ne trouve pas avec les infrastructures classiques (voie ferrée, route ou autoroute). Pour cela il faut envisager les premières liaisons comme des démonstrateurs, avec des prises de risques mais aussi une espérance de gain important dans la suite.

Il y a une opportunité pour la France de s’intéresser à ce projet, d’envisager la réalisation d’une ligne expérimentale. Le parcours Saint-Etienne Lyon pourrait s’avérer un choix opportun. Outre le clin d’œil historique, ce parcours ayant développé la première ligne ferrée ouverte aux voyageurs en Europe continentale en 1830, qui reste aujourd’hui la ligne la plus empruntées hors région

[1] Source : article « Pourquoi le TGV fonce vers l’impasse économique », Les Echos, 30 mars 2017

Soutien à l’innovation

Un rapport sur la politique Française d’innovation

Les conclusions du rapport sur les dispositifs de soutien à l’innovation en France de Suzanne Berger, intitulé « Reforms in the French industrial ecosystem » ont été remises à Emmanuel Macron, Ministre de l’Economie, de l’Industrie et du Numérique, et Thierry Mandon, Secrétaire d’Etat en charge de l’Enseignement supérieur et de la Recherche, le 20 janvier 2016. Ce regard d’une chercheure du MIT est intéressant et remet en cause certains dogmes.

Le crédit impôt recherche qui est central dans le dispositif français de soutien à la recherche développement et l’innovation est considéré comme un moyen de retenir les activités de recherche des grands groupes en France. Ce qui justifie de ne pas le focaliser sur les PME. Or « en Allemagne, il n’existe pas de crédit d’impôt recherche et pourtant les entreprises allemandes trouvent des avantages dans l’écosystème industriel qui les incitent à rester ». C’est donc aussi une question d’écosystème et de relations entre la recherche et le monde économique.

Plus loin dans le rapport Suzanne Berger note des limites dans le rôle du CEA Tech et sa façon de transférer les technologies vers les PME. « il n’est jamais ressorti de ces entretiens que les entreprises suivaient une courbe d’apprentissage entraînant l’acquisition de nouvelles compétences au cours de leur collaboration avec le CEA Tech. ». Or il semble essentiel que le processus de transfert renforce la capacité de l’entreprise en matière d’innovation.

Ces deux éléments renforcent mon engagement et ma conviction qu’il est nécessaire d’aborder cette question sous la forme de systèmes d’innovation, où des acteurs du système coopèrent et échangent informations et connaissances… Il ne s’agit pas seulement d’ouvrir un réservoir de technologie et de les pousser sur le marché grâce à un financement ad hoc. Il s’agit de mobiliser des systèmes d’innovation plus complexes, pouvant porter aussi des innovations organisationnelles ou des modèles de marché, des technologies frugales et des solutions hybrides, et s’appuyant sur une diversité d’acteurs publics et privés dans une logique d’innovations plus ouvertes.

La dernière des 9 recommandations de Suzanne Berger est sans doute la plus importante : « Mettre les clients au cœur du système de transfert, pas les technologies ».
Il apparait en effet nécessaire de renverser la logique, et s’intéresser aussi aux innovations tirées par le marché et la demande, ou par des objectifs publics et partagés comme ceux du développement durable et des transitions énergétiques et environnementales. Ces systèmes d’innovations plus ouverts peuvent s’appuyer aujourd’hui sur les médias sociaux d’Internet. C’est ce qui m’a poussé à développer www.construction21.org dans le domaine de la ville durable ou www.francophonieinnovation.org pour la coopération avec les pays en développement. C’est dans cet objectif que j’envisage la mise en place à l’Ecole des Mines d’une Chaire d’excellence internationale : sur la formation et le renforcement de capacité pour l’économie verte.