I. Entre Paris et Colombes

Citons à cet égard l’opinion de M. de Freycinet, ingénieur des mines, cx-clief de l'exploitation du chemin de fer du Midi’.

( Un train agit sur la voie de deux manières ;

« Par la machine,

<i Par les véhicules.

« L’action de la machine est très-complexe. On y distingue .

< La pression verticale due au poids supporté par chaque essieu qui agit pour écraser .les rails, pour les désassembler et pour déterminer l’enfoncement de tout le système de la voie.

« La réaction tangentielle des roues motrices sur les rails qui tend à les déchirer et à les entraîner longitudinalement.

« Les frottements latéraux des boudins des roues, engendrés par le mouvement de lacet, qui dérangent l’écartement de la voie.

« Les frottements dans les courbes dus ù la rigidité du châssis qui altèrent la courbure de la voie, ainsi que les glissements dus à la solidarité, soit des roues d'un même essieu, soit des roues d’essieux accouplés, qui contribuent â l’usure des rails.

« Enfin, mille causes variées, telles que les chocs, les réactions des mouvements du mécanisme, etc., qui produisent des efl'ets multiples de désagrégation.

€ L’influence de ces diverses causes apparaît immédiatement. Il en est une dont on pourrait, au premier abord, être tenté d’amoindrir l'importance : c’est la seconde. Les roues de la machine tournant sans patiner, on est disposé à faire abstraction du frottement de glissement, et à ne voir, dans le phénomène, qu'un cas de roulement ordinaire, analogue â celui des autres véhicules du convoi. Ce serait là une illusion. Si les roues motrices tournent sans patiner, c’est parce que les points d’appui qu’elles trouvent dans leur adhérence sur les rails leur permettent de vaincre toute la résistance du train ; mais que cette résistance approche d’égaler le frottement de glissement, la machine roulera encore, et, cependant, les rails auront à supporter un eflbrt tangentiel presque égal à celui du glissement lui-même, et les efl'ets de déchirements devront être presque aussi sensibles. La seule raison pour laquelle les roues motrices ne reproduisent pas efl'eclivement toute l’usure observée dans le glissement, ce n’est pas parce qu’elles roulent au lieu de glisser, mais c’est

i. Des pentes économiques. Bachelier, 1861.

parce qu’habituellement la résistance du train est inférieure il celle qui déterminerait le patinage. L'effort des roues motrices, pendant la marche normale, n’en reste pas moins, sur tout le parcours, une fraction de l’action de glissement.

€ Cette analyse montre la grande prépondérance des effets de la machine sur ceux des autres véhicules.

« D’abord ces derniers sont dépourvus de l’action de glissement ou, du moins, elle est réduite, pour chacun d’eux, à la résistance même du mouvement individuel, ce qui est tout à fait insignifiant. Chaque véhicule entraîne les suivants, non en vertu de son adhérence, mais par la simple transmission horizontale de l’elfort de traction fourni par la locomotive.

Il n’y a donc, it proprement parler, qu’un frottement de roulement, dont l’action est incomparablement moins destructive. Quant aux autres causes, énumérées pour les machines, elles existent aussi pour les ^vagons, mais fi un degré bien inférieur. Parlons de la plus importante, de la pression normale.

■ « Pour en apprécier les effets, voyons-les, soit par roue, soit par lon-

gueur totale du rail '. Le poids sur l’essieu moteur est de lü à fi tonnes, souvent davantage, soit 5 ü 6 tonnes sur chaque roue. Le poids moyen d’un véhicule chargé est de 8 ù 10 tonnes soit i tonnes à 2 tonnes 'j sur chaque roue. La pression produite par une roue motrice est donc environ deux fois et demie celle d’une roue de wagon. Gardons-nous de conclure que la succession de deux à trois roues de wagon produirait le même effet que le passage d’une roue motrice. 11 s’en faut de beaucoup.

C’est l’intensité de l’effort, bien plus que sa répétition, qui le rend nuisible pour la voie. En d’autres termes, une force double produit beaucoup plus que le double d’effet. La raison en est manifeste. Tant que les ^ pressions qui s’exercent sur les rails ne dépassent pas la limite d’élasticité du métal, les déformations ne sont que momentanées et l’usure à peu près nulle. Mais dès que la limite il’élasticité est dépassée, les déformations sont permanentes, et la destruction complète ne tarde pas à s’ensuivre.

Or, les rails et les machines étant constitués les uns par rapport aux

1 . Lv contiü^raüun de la pression sur un rail entier a de l'importance, car c'est la plus grande force qui tend à les désunir. La [tression par roue correspond h l'écrasement du rail.

î. Sur le rliemin du Midi, où les wagon* sont des plus grands types, e poids moyen du véhicule n'est guère que 9 1 tonnes.

autres, de manière à permettre une circulation liabituelle, et cependant, ■ les écrasements de rails étant assez fréquents, on voit que la pression des roues motrices est dans le voisinage de la limite d’élasticité, généralement au-dessous, mais quelquefois au-dessus. Au contraire, la pression des roues de wagons est beaucoup au-dessous. L'usure qu'elle produit est donc insignifiante par rapport à l’autre. Sur une longueur totale de rail, les conclusions sont les mêmes. Cette longueur étant moyennement de 6 mètres et la distance entre les essieux extrêmes étant de 3 i 4 mètres, le rail est destiné à supporter tout le poids de la locomotive, soit une trentaine de tonnes généralement. La longueur entre les tampons d’un wagon étant supérieure è 6 mètres, le rail ne porte qu’un wagon à la fois, soit, comme nous avons dit, 8 à 10 tonnes, ou moins du tiers du poids de ta machine. Ici encore nous dirons que l’assemblage des rails étant combiné pour résister aux plus fortes actions, c'est-à-dire au passage de la machine, et le but n’étant pourtant pas complètement atteint, on peut conclure que la limite de résistance de tout l’appareil d’assemblage est quelquefois dépassée par l’action de la locomotive, mais ne l’est pas par le poids du wagon, ou que ce dernier efl’et est négligeable relativement à l’autre. Ces observations s'appliquent également à l’enfoncement de la voie.

« Quant à toutes les autres causes do détérioration que nous avons , déjà mentionnées, et dont l’intluence est d'ailleurs beaucoup moindre que celle de la pression normale et de la réaction tangcntielle, il est facile de voir que leur rôle est très-atl'aibli dans les véhicules. Sans parler des phénomènes se rattachant à la rigidité du châssis, à la solidarité des roues, à la dureté des ressorts de suspension, etc., qui sont manifestement bien plus prononcés dans la machine, on peut, pour la plupart des

autres, remarquer qu’ils sont proportionnels à la masse du corps en mouvement, et que dès lors les actions mises enjeu dans la locomotive et dans les véhicules oQ'rent des différences d’intensité (|ui leur rendent applicables toutes les remarques précédentes.

<1 En résumé, nous estimons que, dans le passage d’un train, la machine produit seule la plus grande [>artie du mal; les véhicules qui suivent y ajoutent peu de chose. Pour les locomotives d’un poids donné, le rapport de l’ellcl de la machine à l’effet du train entier varie évidemment avec le poids reinonjué. Ce rapport est égal à I quand la machine voyage seule; il décroît à mesure que la charge augmente, et il atteint

sa valeur minimum quand la composition du train est la plus élevée possible, comme cela aurait lieu si la circulation s'effectuait sur une ligne horizontale, et si tout le poids de la machine était utilisé pour l'adhérence. Les résultats d'expérience manquent encore, non-seulement pour déterminer de quelle manière ce rapport varie avec le poids du train, mais même pour en faire connaître la limite inférieure. »

Nous avons cité cet exposé tout entier, parce qu'il est un des plus complets qui aient été écrits sur le sujet que nous traitons ici.

Le passage des roues fait subir aux rails un martelage, un inattage à froid, un laminage. Il forge, il étire les rails. Le laminage qu'il opère est tellement apparent que le champignon s'allonge à l'extrémité du rail dans le sens du mouvement.

A ces effets s'ajoute, sous le poids de roues très-chargées, une légère exfoliation, sous forme de petites lamelles d'une épaisseur extrêmement faible, apparentes à l'extrémité des rails dont elles sont évidemment la forme d'usure.

Elles se montrent aussi sur la table de roulement des bandages en fer des roues fortement chargées. Elles s'y forment tangentiellement ü la circonférence de la roue.

Sur certains bandages en acier fondu ou en fer cémenté , elles sont remplacées par une poussière fine qui se montre au simple contact de la main.

Ainsi le bandage en fer ou en acier doux se déforme et se lamine en lamelles par f écrasement. Le bandage en acier très-résistant se pulvérise. A part la légère exfoliation produite sur les rails par les roues de machines les plus chargées, le rail est martelé et laminé, il se dessoude, s'écrase, s'éraille, se détruit sans autre perte de matière que celle de la chute des fragments qui résultent de l'éraillage des lèvres du champignon et du dessoudage.

Si l'usure des rails correspondait à celle des bandages, le passage des wagons en causerait les quatre cinquièmes, tandis qu'il est reconnu que les roues de wagons éprouvent les rails infiniment moins que celles des machines, et que parmi ces dernières, ce sont les plus chargées et celles qui ont le plus faible diamètre, qui causent la plus forte altération des rails.

Des ingénieurs pensent que si le rail est de bonne qualité il ne s’use pas, et qu'il doit durer indéfiniment; d'autres considèrent l'usure directe de

la table, l’usure sans déplacement de matière comme très-faible. Quelle qu’elle soit, toujours est-il que le rail est loin de s’abaisser par déplacement de matière autant que se creuse la table de roulement des bandages. (Fbir In nute A.)

Dorée dea bandage» en acier «iir ralla en acier.

Avant de conclure sur la nature des effets qui se produisent, comparons ce qui se passe avec ce qui aurait lieu dans le cas de l’emploi exclusif de bandages en acier sur rails en acier.

L’application des bandages en acier Krupp, aux roues des véhicules et machines, est faite depuis assez de temps pour qu’on puisse se rendre compte de la diminution d'épaisseur des bandages produite par le parcours. Nous n’avons pu cependant disposer que d’un nombre restreint d’exemples. Les deux premières colonnes du tableau suivant en indiquent les résultats; les deux dernières s'appliquent au parcours et :'i l’usure correspondante des bandages sur l'ancien réseau du chemin <le fer d’Orléans.

ESI’KCES DK UANÜ.VGES.

PAUr.OlRS

tout

d'uQ bandage en

acier Krtipp.

p.vnrorRS

correapondanl à I miltiin.

d*u»ure.

PAROOl RS total des roues en 1 HCS, sur le chemin de fer d’Orléans.

PARCOURS par millimètre de diminution 1

d’epai^ur du | bandage.

llloltl.

VtlABI.

Lilotii. 1'

Houes de voitures et wagons.

Houes de lendcrs

Houes motrices de machines ù

vovageurs et mixte.*

Houes de support

Roues de machines à mar>

chandiscs

Diminution totale annuelle présumée de l'épaisseur des handages

1 . M. I^iircnt a constaté des pan ours moyens de 60,000 kfloiii. avant te premier retournage, effectués par huit paires de rouea couplées de machines loeoniothes de l“>,67 de diaimMre munies de bandages en acier de Krupp.

2. M. Forquenot a constaté que deux pairen de bandages en fer cémenté* (l-e«eigncur), ploeés j»ur Ic^ roues d'avant d uue locomotive, avaient parcouru 60 ,OUO kilomètres sans que l'usure tiépaj.<uU 2 inilliin. d'épaisseur.

Le parcours des trains ayant été de 9,81 4,508 kilomètres, la diminution correspondante au passage d’un train sur 1 kilomètre sera :

47,840 mill.

Une circulation de 9,135 trains amènera une diminution de [9,135* X 0”“, 00487), soit 187m, 70, au lieu de 136”/m, que nous a donné l’emploi de bandages en fer.

Soit un effet près de sept fois moindre.

Ces 18*°*’,70 correspondront (déduction faite de la matière enlevée au tour) à 13"“, 6, et par rail à 6"'",8; de sorte que, si les effets étaient identiques sur les rails et les bandages, l'abaissement de la table du rail en acier serait, dans un an, de 6"/„,8.

Or, si dans l’emploi de rails en fer nous avons trouvé qu’une diminution d’épaisseur des bandages de 1 1 8 millimètres, correspondante à 59 millimètres par rail, n’avait pas d'effet sensible sur la hauteur du rail, à plus forte raison se produira-t-il un effet moindre encore si le rail, au lieu d'être en fer, est en acier.

Nous pouvons maintenant apprécier les conséquences de l'emploi de bandages en acier Krupp, et de rails en acier Bessemer, ayant une table de 907m, une hauteur de 30 cent., pesant 83 kilog. par mètre, et ayant un moment d'inertie de 350,000 kilog.

1° La largeur de table permettra d'accroître le poids supporté par les roues, de 6 tonnes à 9 tonnes; le bandage sera ainsi usé régulièrement dans toute la largeur de sa surface de roulement.

3° Le bandage conservera sa forme régulière, et l'altération des rails sera diminuée de tout ce dont l'accrott aujourd'hui l’influence du creux qu'affecte la surface de roulement après un certain parcours.

3* Le rail ayant, proportionnellement à la charge de 9 tonnes, un moment d'inertie beaucoup plus considérable que celui que présente le rail actuel par rapport au poids de 6 tonnes, les effets de destruction résultant de la flexion des rails seront beaucoup moindres.

Le rail en acier, fabriqué par la méthode Bessemer, étant .un fer légèrement carburé, doué do plus d'homogénéité et de ténacité que le rail actuel, néanmoins doux et ductile, ressentira infiniment moins les effets du passage des roues. Il sera sans doute martelé et forgé à froid, lamellé par la pression des bandages ; mais il s’exfoliera moins, il ne

B'éraillera pas et ne se dessoudera plus, parce qu’il sera mieux soudé, qu'il sera soumis à des flexions moindres et que la régularité des surfaces en contact diminuera l'intensité du frottement qui résulte du mouvement de lacet.

S .1. ÉTUDE DE L’ADHÊRENr.E DES RANDAGES EN ACIER SUR RAILS EN ACIER.

Examinons maintenant les conséquences de l'emploi des rails et des bandages en acier sur l'adhérence.

L’économie ne sera obtenue , dans le transport des grandes masses qui importe d'abord au pays, et dans les très-grandes vitesses, qu'à l'aide d'une parfaite stabilité dans )e mouvement. Parmi les conditions de cette stabilité est, en première ligne, la régularité du contact des bandages et des rails et, par conséquent, l'assiette normale des éléments qui composent la voie.

Pour obtenir ce résultat, nous n’avons à compter qu’avec les matériaux dont nous disposons.

Parmi ces matériaux, les plus perfectionnés sont l'acier Krupp pour les bandages; l’acier, ou, si l'on veut, le fer Bessemer pour les rails.

Nous connaissons aussi la nature des eflets du contact réciproque de ces deux matières. Le bandage Krupp s’use, en se pulvérisant, bien plus qu'en SC déformant. La table du rail s'use par exfoliation, et le rail se détruit par d'autres eflets. L’usure du bandage est prompte, celle du rail est très-lente. La proportion est peut-être comme 100 à I .

Que deviendra l’adhérence dans ces conditions?

Et d'abord l'adhérence résultant du contact des bandages sur les rails produit des effets très-différents sur les surfaces en contact, suivant qu’il y a simplement roulement comme pour les roues de support, ou qu'au simple mouvement s’ajoute la tendance au glissement résultant de l'effort appliqué à la circonférence des roues motrices, isolées ou accouplées.

Quelle est cette différence?

La question se complique ici des effets du poids porté par les roues et de leur diamètre. Les bandages des roues de wagons dont on peut déterminer approximativement la diminution d’épaisseur proportionnellement au parcours, portent un poids qui varie de 1',5 à 4'; leur diamètre varie de O™, 91 à l”.

Les roues de support des machines portent, en tout temps, 4', 5 à 5', 5, leur diamètre est de 1" à 1",1Û.

Les roues motrices portent 5 à 6 tonnes; leur diamètre varie autre l“,20 et 2“,30.

Nous avons dit que les documents qui sont entre nos mains nous permettaient d'attribuer aux roues des divers usages, garnies de bandages Krupp, les diminutions d'épaisseur comparatives suivantes :