Extreme Engineering - Thomas - Materne - Top Thrill

Travail d’Extreme Engineering – Thomas Materne
Top Thrill Dragster
Description
Top Thrill Dragster est un « roller coaster », une montagne russe du Park Cedar Point (situé à
Sandusky dans l’Ohio, USA) qui a ouvert le 4 mai 2003. Sa particularité ? Avoir été la plus
haute, la plus rapide du monde pendant 2 ans et 16 jours avant de se faire détrôner par Kingda
Ka (Six Flags Great Adventure, à Jackson, dans le New Jersey, USA). Avec une accélération
de 0 à 192 km/h en 3,8 secondes et une hauteur de 128 mètres, les chiffres parlent d’euxmêmes…
Le parcours d’une longueur de 850 mètres est quant à
lui « basique » puisqu’il consiste en une montée
verticale avec une rotation de 90°, puis du passage au
sommet et de la descente à la verticale avec une spirale
de 270°. On repasse alors à l’horizontale, on fait demitour et on s’arrête en gare. Le trajet ne dure au total que
15 secondes. Court mais intense !
Top Thrill Dragster est une construction de la société suisse Intamin à qui on doit notamment
Indiana Jones et le temple du péril à Disneyland Resort Paris. L’attraction dispose de 6 trains
thématisés en dragster de 5 wagons de 4 personnes, ce qui permet donc de catapulter 20
personnes à chaque démarrage et offre un débit horaire d’environ 1500 passagers, ce qui est
plutôt bon (par comparaison Space Mountain : Mission 2 à Disneyland Resort Paris au débit
horaire de 2400 passagers par heure, ce qui excellent). Nous parlerons des détails techniques
plus loin.
Les défis à relever
Specs
Physics
Time
Money
Law
Les montagnes russes ont toujours été de vraies
prouesses technologiques mais les défis pour ce projet
ont été nombreux. D’une part, on devine
immédiatement qu’avec ses 128 mètres de haut les
contraintes de résistance (et notamment au vent) ont du
être très importante. De plus, il est évident que
catapulter un train de 6,5 tonnes (hors passagers) à 192
km/h en 3,8 secondes et être sur que celui-ci puisse
monter les 128 mètres qui le séparent du sommet ne doit
pas être une mince affaire à calculer.
Deux contraintes ont du être attentivement étudiées, à savoir d’une part les contraintes légales
(sécurité, permis de construire et d’exploiter,…) et d’autre part les contraintes physiologiques.
En effet, subir une accélération d’environ 5G n’est pas forcément aisé.
Finalement, la contrainte temporelle a quant à elle été relativement peu importante bien que la
course à la montagne russe hors du commun soit féroce dans le milieu. Quant à la contrainte
budgétaire, il n’est pas inutile d’en parler vu les sommes colossales investies par les parcs
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d’attraction. Ce petit bijou n’aura coûté que 25 millions de dollars… C’est à ce prix qu’est
estimée l’innovation et l’exclusivité.
Les solutions apportés
Comme on l’a vu, les contraintes techniques et le risque d’erreur dus à l’innovation étaient
fort importants. C’est d’ailleurs la raison pour laquelle les constructeurs ont d’abord construit
une version plus petite qui pourrait leur servir de test, il s’agit de Xcelerator à Knott’s Berry
Farm (à Buena Park, en Californie, USA) qui a ouvert le 22 juin 2002. Cette version culmine
à 62 mètres et accélère de 0 à 132 km/h en 2,3 secondes. Elle aura coûté 13 millions de
dollars. Notons quand même que les deux parcs bénéficiaires de ces attractions font partie du
même groupe : Cedar Fair.
La solution adoptée pour le catapultage a été l’utilisation d’un
moteur hydraulique pouvant délivrer une puissance d’environ 1000
chevaux à 500 tours /minute. Afin de s’assurer le passage au
sommet, un ordinateur calcule la vitesse de lancement optimale en
se basant sur le poids du train au démarrage. Une pesée a donc lieu
avant chaque départ. Notons que cette vitesse de lancement n’est
pas influencée que par la masse totale à mouvoir mais également
par le temps (vent, froid,…), ce qui amène parfois au phénomène de « rollback ». Cette
situation décrit le fait que le train monte, s’arrête au-dessus puis, faute de vitesse suffisante,
repart en arrière vers la gare. Ce phénomène est heureusement sans danger, tout ayant été
prévu pour freiner les trains revenant en arrière. D’ailleurs, certains visiteurs apprécient
fortement cet « incident » leur offrant la possibilité d’expérimenter un second départ.
Puisque nous venons de citer l’influence du temps, notons que lorsqu’il pleut, même très peu,
l’attraction est fermée. En effet, recevoir des gouttelettes d’eau aussi fines soient-elles à
192km/h est très douloureux. D’autre part lorsque le vent
est supérieur à 50 km/h, l’attraction ne fonctionnera pas.
Un système de mesure permanent met notamment
l’attraction en arrêt d’urgence si le vent est supérieur à
50km/h pendant 5 secondes. Comme on le remarque, la
sécurité des passagers passe avant tout.
Venons-en maintenant aux trains et aux harnais. Chaque train, en acier renforcé, a été
spécialement conçu pour résister aux contraintes imposées et a coûté la modique somme de 1
million de dollar par exemplaire… Les harnais sont quant à eux relativement basiques
puisqu’il s’agit d’une simple « lap bar » (barre ventrale) couplée à une ceinture ventrale. En
effet, la force exercée sur le corps humain colle celui-ci au fond de son siège durant tout le
parcours, à l’exception du freinage final. Le design des sièges empêche cependant certaines
personnes de monter à bord au vu de leur morphologie. Signalons également que le port
d’objet pouvant tomber ou s’envoler est proscrit à bord des véhicules.
Finalement, je tiens à signaler que je n’ai pu relever que très peu d’informations sur les
contraintes légales à respecter et que celles-ci sont généralement floues. On notera cependant
que les gérants de parc d’attractions et les constructeurs de montagne russe prennent le moins
de risque possible en surdimensionnant les éléments sensibles.
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Mes solutions
Malgré tout ce qui a été vu précédemment,, Top Thrill Dragster présente encore de nombreux
inconvénients, à tel point que Mr Dick Kinzel, PDG de Cedar Fair, a dit que c’était « the
worst business decisions » qu’il avait faite à cause des nombreuses pannes. Il faut cependant
rappeler que l’attraction est visitée par près d’un million de personnes chaque année. On citera
notamment la rupture du câble de catapultage avant l’ouverture ou encore un train défaillant
ayant freiné trop tard lors d’un rollback.
Je n’aurais malgré tout pas grand chose à apporter à ce sujet tant tout semble avoir été
correctement étudié. Les grands principes de précautions ont été appliqués. Une « maquette »
grandeur nature a même été réalisée afin de servir de tests. Les améliorations et corrections
ont été apportées et Kingda Ka est basée sur les performances de Top Thrill Dragster. On peut
donc en conclure que l’attraction remplit pleinement sa fonction et répond aux attentes de tout
le monde.
Cependant, si je devais formuler quelques remarques, je m’attarderais sur le système de
catapultage hydraulique. Bien que n’ayant jusqu’ici rencontré aucun problème (du moins,
aucun incident majeur). Pour ma part, j’aurais penché pour un système de propulsion
magnétique tel que ceux rencontré à Rock’n’ Roller Coaster à Disneyland Resort Paris. Ce
système permet un démarrage à plat des plus efficaces et offre sans aucun doute une
maintenance plus aisée. Il faudrait cependant voir si la vitesse à atteindre pourrait l’être sur
une distance assez courte.
Un autre point me chiffonne également, il s’agit de la méthode de calcul de la vitesse de
lancement. A priori, celle-ci n’est calculée que sur la masse du train rempli. Ceci présente
l’énorme désavantage de ne pas tenir compte de l’état des rails. En effet, il est évident que
ceux-ci ne réagiront pas de la même manière qu’il fasse 0 ou 35°C ou encore en fonction de
leur degré d’humidité. Actuellement, il semblerait que la solution apportée soit qu’en cas de
rollback, la vitesse de démarrage est augmentée. Cela, bien qu’offrant aux visiteurs friands de
sensation une envie supplémentaire de monter à bord, est risqué. On l’a notamment remarqué
lorsque le dispositif de freinage anti-rollback a mal fonctionné. Le train s’est effectivement
stoppé plus loin que prévu sans gravité heureusement. Mais s’il avait continué sa course, il
aurait été percuté le train suivant avec les dégâts que l’on peut imaginer. Il serait donc utile de
combiner le calcul actuel avec une évaluation de l’état des rails.
Conclusions
Dans la course à la montagne russe la plus haute et la plus rapide, Cedar Point avait frappé un
grand coup. Ces nouveaux coasters sont des monstres de complexité bien que d’un point de
vue technologique relativement simples. Les contraintes inhabituelles font que seuls les
groupes spécialisés sont à même de concevoir ce genres d’attractions. Cependant on remarque
quand même qu’eux aussi sont souvent en terrain inconnu et font des essais tel que la petite
version de Top Thrill Dragster. Intamin a brillamment relevé le défi en proposant des
solutions adaptées, que ce soit pour le système de catapultage ou pour l’étude des contraintes
physiologiques. Finalement, on remarquera aussi que, dans ce domaine, la sécurité passe
avant tout, ce qui prouve qu’on est bien aux limites de nos connaissances. Mais la fascination
pour ces monstres d’acier ne vient-elle pas de là aussi ?
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