L’ascenseur du futur sera magnétique

Article tiré du journal Neue Zürcher Zeitung, traduit par Courrier International.

Ascenseur magnétique Multi
Sans câbles, plusieurs cabines d’ascenseur peuvent évoluer dans la même cage.

Un prototype d’ascenseur sans câbles est testé en Allemagne dans une tour de plus de 200 mètres de haut. Il peut se déplacer verticalement et horizontalement.

Markus Jetter, directeur de recherche chez Thyssenkrupp Elevator, regarde avec attention dans la cage de l’ascenseur. Il doit se pencher un peu et rejeter la tête en arrière pour voir la cabine qui s’approche en descendant doucement. Elle s’arrête à une espèce d’aiguillage qui se trouve derrière elle puis continue à l’horizontale vers la droite. Cet ensemble imposant de gaine [volume dans lequel se déplace l’ascenseur], de guides et d’électronique, qui représente plus de vingt ans de travail de développement, a tout simplement pour objectif de révolutionner les ascenseurs : l’appareil n’est pas maintenu et activé par des câbles d’acier de plusieurs tonnes mais par des aimants fixés sur la paroi de la gaine – comme un train à sustentation magnétique à la verticale.

Baptisé simplement “Multi”, ce nouvel ascenseur n’est pas encore un produit fini mais un “produit de démonstration technologique”, confie Markus Jetter, qui participe à son développement depuis la première heure. Il s’agit désormais de le tester sous toutes les coutures et d’obtenir toutes les attestations et autorisations nécessaires. L’équipe ne dispose pas de beaucoup de temps. Thyssenkrupp Elevator a déjà son premier client : OVG Real Estate, chez qui le premier Multi doit entrer en service en 2020 à Berlin.

Il y a un an et demi, Thyssenkrupp Elevator a commencé à construire une tour de 246 mètres de haut à Rottweil, dans le sud de l’Allemagne, entre le Jura souabe et la Forêt Noire, spécialement pour tester le Multi et d’autres innovations. Cette élégante enveloppe d’un blanc laiteux en fibre de verre ouvrira à la fin de l’été.

Les touristes pourront contempler la Suisse depuis le dernier étage pendant que les prototypes subiront, dans les gaines, charges permanentes, simulations d’accident et oscillations extrêmes du bâtiment. Pour ces dernières, on a installé à 190 mètres de haut un pendule de 240 tonnes composé d’épaisses plaques de béton qui pourra atténuer ou accentuer les oscillations de la tour, pour savoir par exemple comment se comporte tel ascenseur dans un bâtiment secoué par le vent.

Une tour de 1 000 mètres de haut prévue en Arabie Saoudite

On compte dans le monde 300 immeubles en construction qui feront plus de 250 mètres de haut une fois terminés, et près de 300 de plus en projet. Et la fin de cette folie des hauteurs n’est pas pour bientôt : selon tous les pronostics, la tendance va se poursuivre, essentiellement en raison de la croissance des mégapoles d’Asie.

Les immeubles de très grande hauteur, comme la Jeddah Tower, une tour de plus de 1 000 mètres qui couronnera le paysage urbain de Djedda, en Arabie Saoudite, en 2020, n’ont aucun sens économiquement parlant. C’est d’abord parce que les ascenseurs conventionnels atteignent leurs limites à ces hauteurs : les câbles d’acier qui portent et animent les cabines ordinaires cèdent sous leur propre poids au-delà de 600 mètres de long.

Et il y a la place occupée par les gaines, une question qui pèse encore plus lourd. Les ascenseurs et la machinerie prennent jusqu’à 40 % de la surface dans ces nouveaux immeubles, des mètres carrés précieux qui pourraient être consacrés à des commerces, des bureaux ou des logements.

À cela s’ajoute le fait que l’ascenseur est extrêmement chronophage, même avec un nombre d’étages relativement modeste. Des chercheurs d’IBM ont calculé que les employés de bureau new-yorkais pris tous ensemble passaient chaque année 5,9 années dans l’ascenseur et, pire encore, 16,6 années à attendre devant ses portes fermées.

Les gratte-ciel, prestigieux en particulier, ne se contentent donc pas de viser de très grandes hauteurs mais cherchent aussi à atteindre des vitesses extrêmes. L’ascenseur le plus rapide du monde se trouve dans le CTF Finance Center de Canton, en Chine, et se déplace à 20 mètres par seconde. Pour Markus Jetter : “Nous ne pensons pas que la grande vitesse soit la solution au problème de capacité.”

Nombre d’ascenseurs pourraient atteindre la vitesse de 10 mètres par seconde et plus, mais ont été bridés à 5 mètres par seconde pour une raison très simple : la plupart des gens se sentent mal lors d’un déplacement aussi rapide à la verticale. Et, même si la physiologie humaine y mettait du sien, cela ne vaut pas vraiment la peine d’aller si vite, selon les calculs de Jetter : une réduction de moitié de la vitesse de l’ascenseur du CTF de Canton ne prolongerait que de 10 % l’aller-retour entre le rez-de-chaussée et le premier étage.

Sans câbles, plus de limite de hauteur

Le problème fondamental se situe ailleurs : il faut une gaine par cabine. C’est comme si on construisait une voie pour chaque train : on imagine à quoi ressemblerait le paysage dans ces conditions. Et pourtant, c’est toujours ainsi qu’on fait quand il s’agit de se déplacer à la verticale.

Le développement du Multi a pour objectif déclaré de rompre avec ce paradigme. L’idée, c’est que sans câbles on pourrait faire circuler plusieurs cabines dans la même gaine. Sans câbles, plus de limite des 600 mètres ; l’ascenseur pourrait aller aussi haut que le bâtiment dans lequel il est en service. Sans câbles, on pourrait relier deux gaines par un nœud, ce qui permettrait d’avoir une cabine qui irait vers le haut dans une gaine et une autre vers le bas dans l’autre – une espèce de pater-noster [ascenseur perpétuel, composé d’une chaîne de cabines ouvertes qui défilent en continu, sur le principe d’une grande roue] moderne – et de prendre des passagers toutes les 15 à 25 secondes.

L’ascenseur sans câbles permet en outre de construire des dérivations ou des passages horizontaux ou inclinés, et de relier ainsi diverses parties du bâtiment, voire les immeubles voisins. Le Multi, explique encore le directeur de recherche, ressemble moins à un ascenseur conventionnel qu’à “une navette, un RER, ou un métro à la verticale”.

Avec autant d’avantages, il peut sembler surprenant que la technique du Multi soit connue depuis longtemps et ait été éprouvée dans divers domaines : ce sont les moteurs linéaires qui déplacent les cabines du Multi qui font marcher le Transrapid de Shanghai et les métros de Tokyo et Osaka. C’est grâce au moteur linéaire que les montagnes russes de nouvelle génération atteignent une très grande vitesse rapidement et sans à-coups. Et il existe déjà un ascenseur avec moteur linéaire, même s’il ne transporte pas des personnes mais hisse des munitions à bord du nouveau porte-avions de la marine américaine.

L’ascenseur ne consomme de l’électricité qu’en montant

Le moteur linéaire fonctionne selon le même principe que le moteur rotatif électrique : des bobines parcourues d’un courant électrique produisent un champ magnétique qu’on peut déplacer en inversant la polarité de façon ciblée. Ce champ magnétique itinérant interagit avec des aimants qui sont fixés sur les parties mobiles – donc le rotor ou, dans un moteur linéaire, la tige réactive – et produit une rotation ou une translation. Dans le cas du Multi, les bobines magnétiques se trouvent sur deux guides fixés sur la paroi de la gaine et leur pendant sur la face arrière de la cabine. Cela permet de piloter le champ magnétique pour chaque cabine et de traiter chaque cabine individuellement.

Du côté de la sécurité aussi, les ingénieurs du Multi ont dû trouver quelques idées. L’ascenseur ne consomme d’électricité que quand il va vers le haut. Quand il redescend, le processus s’inverse et le moteur linéaire produit du courant, qui alimente directement les cabines ascendantes. Ce qui signifie qu’en cas d’interruption de l’alimentation électrique extérieure, il reste une grande quantité d’électricité dans le système et les cabines ne s’arrêtent pas immédiatement.

Il s’agit donc de faire en sorte que toutes les cabines s’arrêtent à un étage en cas de panne et d’éviter les accidents dans la gaine. Le système Multi comprend des codes QR et des bandes magnétiques fixés sur la paroi de la gaine que lisent en continu les capteurs embarqués sur la cabine et qui permettent ainsi au système de commande de savoir en temps réel quelle cabine est en mouvement et à quelle vitesse.

Dix jours avant la présentation au public de la tour de Thyssenkrupp, à Rottweil, on monte de petites lampes à LED dans la tour de test, on répète les présentations, on déballe une cabine d’aspect futuriste dans le hall. La tour elle-même démontre involontairement la nécessité d’un ascenseur de conception radicalement nouvelle pour les immeubles de très grande hauteur : il n’y a qu’une dizaine de personnes présentes – les touristes ne sont pas encore là – et, malgré les deux ascenseurs, tout le monde attend une éternité.

 

Helga Rietz