CHAPITRE VII

■ACHIHBS LOCOIOTITES

^ l*** ^ Easemble de b machine locomotive. ~ Premiers essûs. — Coœoiiis

de liverpool.

I. — La machine locomotive est le plus merveilleux instrument de travail qui existe ; c'est presque un être animé ^ qui joint à une force prodigieuse une admirable docilité.

La machine locomotive est en même temps une machine simple, rnechaudiorecylindrique, portant elle-même son foyer, pnnluit la vapeur à une pression comprise habituellement entre 5 et 9 atmosphères. Conduite dans deux cylindres symétriquement plact^s par rapport à Taxe de la chaudière, la vapeur détermine le mouvement alternatif de deux pistons^ et ce mou- \ement est transformé en mouvement circulaire par une bielle et une mani\elle. Enfin la machine étant pesante, les riHuvi^^ au lieu de tourner sur elles-mêmes, avancent sur le sol sur lequel elles reposent.

La machine locomotive consiste tout entière :

* tt Kn^ dr U 5«yMr dans TAiideB TesUroent n^ seodrfe-i-il p«s atoir donné WM éMoHplHWi «"UK'le des nachine» Uvotuotixt^s? « IgnitUs bestias Tapofvin i|Mwa «fiiraiilM^ fUmi «^«mu firofennles^ et borrendas ab oculis scintillas nuit-

■ACHRIES UXXHIOTIYES. 9i9

1* En un générateur produisant une quantité de vapeur correspondant à une dépense facilement calculable ;

2* En un poids suffisant pour créer une adhérence qui transforme un mouvement de rotation en mouvement de translation.

NoiioB de VmitÈténmcm. — Le mot adhérence, dont nous venons de faire usage, et qui est celui adopté dans la langue des ateliers, doit être entendu dans un tout autre sens que celui employé dans les traités de physique. Dans ces derniers, Tadhérence est la force qui s'oppose à la séparation de deux surfaces planes ou courbes en contact, tandis que le phénomène qui détermine le déplacement d'une machine locomotive est celui du frottement au dépari . L'expression d'adhérence a prévalu et est universellement admise.

C'est avec ces deux éléments, — la production de la vapeur d'une part, l'adhérence résultant du poids d'autre part, — que la machine doit vaincre toutes les résistances qui s'opposent à son propre déplacement et à celui du train auquel elle est attelée. r/est en développant ces deux éléments, tour à tour ou simultanément, que l'on est arrivé aux machines actuelles, et l'étude historique de la machine locomotive se réduit presque à l'étude des moyens employés pour augmenter la surface de chaufTe et le poids de la machine.

La notion exacte de l'adhérence fut longtemps peu connue. On croyait qu'une roue, dont l'essieu recevait un mouvement de rotation, tournerait elle-même sur place, et on pensait que le mouvement de translation ne s'obtiendrait que si on substituait au contact d'un rail et d'une roue lisse le contact d'une roue armée de dents ou de crochets s'imprimant dans le sol, ou même une véritable roue dentée roulant sur une crémaillère longitudinale.

On imagina même de transmettre le mouvement alternatif des pistons à deux patins s'appuyant successivement sur le sol et faisant en quelque sorte des enjambées comme un homme

230 DES MACBINES A YAI^DR.

OU un animal. Ce n*est qu'en 1812 qu'on reconnut Tinutilitè de ces complications, et Stephenson père construisit une machine à six roues roulant sur des rails lisses. Les cylindres étaient placés dans Tintérieur de la chaudière, et le mouTement des pistons était transmis aux roues par une chaîne sans fia; on peut voir cette transmission exécutée sur les cylindres compresseurs à vapeur, employés par les ingénieurs de la ville de Paris pour Tentretien des chaussées.

Pip»<m.ttM ^ Ia vapMv. — La question de Tadhérence était résolue, mais celle de la production de la vapeur ne Tétait pas avec les chaudières connues à cette époque. Longtemps même il y eut comme une déclaration d*impossibilité de la part des ingénieurs, et, dit-on, de Stephenson lui-même. En effet, en se donnant comme condition du problème à remplir une vitesse déterminée, on calculait:

Le nombre de tours de roues que la machine devait faire dam une heure;

On en déduisait :

Le nombre de coups de piston, Le nombre de cylindrées de vapeur à dépenser. En rapprochant le volume total de vapeur ainsi détenninéde la puissance de vaporisation connue des chaudières de machines fixes, on trouvait des difTérences telles que rien ne faisait entrevoir 1.1 possibilité d'arriver à une production de vapeur en rapport avec la dépense prévue.

La découverte presque simultanée de la chaudière tubulaire et de l\Vhapp«^ment de la vapeur dans la cheminée, vint heureusement changer la puissance de vaporisation des anciens foyers, et rendit possible la production d'une quantité de Ta- |>eur inespérée. On peut dire qu'axec ces deux découvertes, la machine locomotive était créée.

Les avantage de la chnudière à tubes pour la production de h vapeur sont si grands, que certains constructeurs ont déclare quil était inutile de chercher un autre mode de vaporisation.

MACHEKES LOCOMOTlVKS 331

el que la chaudiùre tabulaire devait Clro aussi bien employée pour les machines fixes que pour les machines locomotives et les locomobiles. Nous avons fait connaître les motifs pour lesquels nous n*adoptons [loint une manière de voir aussi absolue en ce qui concerne les machines fixes. Mais pour les machines locomotives, il n'y a point de restriction à faire, et la chaudière lubuiaire constitue véritablement la machine cUe-tii^rne.

MBcblnr* «bHcbbcb. Eaaais «nKrlrnra am (ravauK de S<c-

piM-oMMi. — Nous avons brièvement ènonci!' les idées des premiers ingiSnieurs qui s'occupèrent d'appliquer la machine à vapeur à la traction des véhicules sur les routes. Nous ne mcn- Uonnerons que pour mémoire les machines successivement proposées par Sébastien Cugnot, en 1769, par Trewîthick et Vivian enl802, parMurray en 1811, par Blacked en 1812, et par Stephcnson père en 1814. Les dessins de ers machines ontélf- plusieurs fois reproduits: il suffit d'y jeter un coup dVil pourapprécier ces essais, nous ne dirons pas sans valeur, m.iis si éloignés de la machine actuelle.

Ce n'est qu'à partir de 1829 qu'apparut, au concours de Uverpool, la véritable machine locomotive construite par Ilobcrt Slepheoson, la macliine contenant une chaudière tubulaire et un whappement dans la cheminée.

raaroaradv Uverpool. — Clapcyron, dans son Cours professé h rÉcflle des ponts el chaussées, a donné sur ce concours mémorable des renseignements très-intéressants, et que nous ne pouvons que reproduire. Le chemin de fer de Liverponl à Kanchestern'avail p:is été établi primitivement pour des locomotives, el on pensait même y cffeilucr la traction au moyen de machines fixes.

Le programme publié par la compagnie du chemin de fer de Liverpool à .Manchester, le 25 avril 1829, contenait les dispositions suivantes ; 1* La machine doit brûler sa fumée, d'après les stipulations

SSS DES MAQILNES A TAPEUR.

de Tacte du parlement de la septième année du règne de George IV.

2* Si elle pèse 6 tonnes, elle doit pouvoir traîner, chaque jour, sur un chemin de fer bien construit et de niveau, un convoi de chariots du poids de 20 tonnes compris son fourgon et Tipprovisionnement, à une vitesse de 10 milles à Theure et tiec une pression de vapeur n'excédant pas 50 livres par pouce carré.

3* La chaudière aura deux soupapes. Tune desquelles sera hors de la portée du machiniste; mais ni Tune ni Tautre ne pou^ ront être fermées quand la machine fonctionnera.

4* La machine et la chaudière seront portées sur des ressorts et sur six roues. La hauteur jusqu'au sommet de la cheminée ne devra pas excéder 15 pieds.

h* Le poids de la machine, y compris l'eau dans la chaudière, ne pourra pas dé|Kisser 6 tonneaux. On donnerait la préférence à une machine plus lôgcie si elle trainait proportionnellement la Ultime cluirge. Si le poids ne dépassait pas 4 tonneaux, on pourrait réiluiiv à quatre le nomlire des roues. La compagnie sera libre de soumellit; la chaudière, les cylindres, etc., à l'aide dune presse hydraulique, à une pression de 150 livres par pouce carré, s;uis cire responsable du dommage que la mnchiue en pourrait cpix)uver.

ii" Il V aura un manomètre à mercure fixé à la machine, avec une ti^e indiquant la pi^ession aunlessus de 45 livres par pouce Ciirréet construit de fayon à laisser échapper la vapeur à une pression de 00 livres par pouce carré.

7*" Ux machine devra être rendue à la gare du chemin de fer à Liverpool, le 1** octobre 1829 au plus tard.

8* Le prix de la machine ne devra pas excéder 550 livres sterling. Les machines refusées seront reprises par leurs propriétaires.

La compagnie devait fournir le fourgon et les approvisionnemMtsd^eauet de combustible.

HACIIISI'S LOCdHOTIVES. 23Ô

Les juges étaient MM. WooddeNewcaslIe-upon-Tyne.Raslrick de Stonbridge et Kennedy de Mancliesler.

Les machines présentées au concours étaient au nombre de cinq, savoir :

Ui Fusée{the Rocketl), pesant 4^,05, appartenant à M, liobcrt Stephenson ;

La Nouveauté, pesant 5^,01 , appartenant à MM. Brailhwaite et Ericson ; tflSflïi»-()orW//f, pesant 4'',15.5, appartenant à M. Elactworth; Le Ojclops, pesant 3 tonnes, à M. Lrandreelli ; La PersévéïatUe, pesant 2^,1 '. à M, BursInlL Toutes les machines avaient été consiruitcs pour brûler ilii coke.

Le Cyelops n'entra pas en lice.

La combustion était entretenue dans la Nouveauté, remiirquable par son élégante construction, a» moyen de soufflets mis en ;eu par ta machine elle-miirnc. Dans une première ex|»érience, ces soulïlets crevèrent et la machine fut obligée de s'arn^ter. Dans une aulre épreuve, le tuyau de la pompe d'alinu'nlalionse brisa el mit encore fin à sa course. Enlin, le jour où le prii devait être gagné, un tuyau qui traversait la chaudière fut écrasé par la pression, et cette machine fui obligée de se retirer du concours.

La Sans-pareille, après une modification apportée à sa ciiiiudière, sur l'avis de la commission, concourut le jour fixé pour le jugement définitif. la pompe d'alimentation se dérangea aussi. L'abaissement de l'eau dans la chaudière fit fondre le bouchon de plomb, la vapeur se perdit et l'épreuve ne put être continuée. M. Burstall retira sa machine.

l/t Fusée resta donc seule et fut jugée digne du prix proposé. - Pendant le-s expériences, elle traînait une charge de 12^,14 avec une vitesse de 14 milles à l'heure. Débarrassée du poiils qu'i-lle remorquait, elle atleignit une vitesse de 55 milles à l'heure.

mS M.VCIIINFS A VAPEITR.

a mncliine de M. Slfplienson élail principale-

li do la rtmiidicn! hihiilairc, qui consisfe, dans lyer entitVement entoiirti d'nau et d'un corps rs6 par 2j tubes d'un pelil diamètre qui donla fliimme et aux produits de la combusliou, dans la clicminieoii venaient aussi diibouckr îppemcnt de la vapeur à sa sortie des cylindre tabnlMln<, — ]ji cliflU- ! por Robert Sieplicnsun, naissance des travaux ii

estion lonçuemenl disco- ;aîs ; nous rapprocherons

Le suce

ment dû è la Futée f en cylindrique naicnt pt pour lee les tuya dres.

rriMlM et

diiire tubulaire tou cet illustre ii H.Séguin?

Nous ne saurions tée par les écrivains angiai seulement trois dates :

Le brevet délivré & M, Séguin pour la conslruclîon d'une véritable chaudière tubulaire est du 22 février 1828. Le jiro' gramme du concours de Liverpool fut publié le 25 avril 1839, le concours lui-m(:^ine n'eut lieu quR le 9 octobre 1829.

Une innovation trés-imporlante aussi avait éti- essayée dans la machine de Stephcnson : nous voulons parkr de récliappeinmt de la vapeur dans la cheminée. Deux explications ont été donnéesdti râle de la vapeur dans la cheminée. Quelques ingénieurs admettent que la vapeur, en se condensant, produit un vide qui occasionne un appel d'air; d'autres prétendent que le flot de vapeur agit comme un piston véritable chassant l'air devant lui et faisant le vide en arrière : l'air frais se précipiterait à travers la grille pour remplir le vide et aftluerait en quantité suffisante sur le combustible.

La priorité de l'invention de cet emploi de la vapeur perdue h sa sortie du cylindre a été aussi tro^-discutée ; mais nous ne pouvons ciler aucune date précise qui éclaire la solution de cotte question.

Période de l8S0*l84S.BI«!hla«senearepcBMBnM*. Oa m

•e préoccupe qac émm WÊOjemm éTem mwÊ^mmmiew lii pvtoMUMC* — La

machine exposée par Robert Slephenson avait remporté le prix. Mais cette machine ne pesait que 4,000 kilogr. ; elle traînait, avons-nous dil, 12 tonnes à une vitesse de 14 milles à Tlwîure, et sans charge marchait à raison de 55 milles à l'heure. Il y avait donc bien des progrès à réaliser pour arriver aux machines actuelles.

Dans la période de 1850 à 1845, employée en tâtonnements de toute nature, la machine locomotive s'affirme en quelque sorte. On était loin de penser qu'on arriverait à produire des machines spéciales pour chacun des besoins de Texploitation des chemins de fer, et on ne cherchait qu'à augmenter la puissance des machines, soit en augmentant les dimensions primitives, soit en étudiant toutes les combinaisons de détail relatives à ralimenlation, au mode de suspension, à la répartition des poids, à l'échappement de la vapeur, questions toutes aujourd'hui résolues, mais qui ne Tétaient pas il y a trente ans. Chaque constructeur, sans suivre un ordre d'idées bien déterminé, s'efforçait de faire mieux que ses concurrents.

Période de 1846 A 1868. Madilaes appropriéciv aax bcuolns

ie rexpioHation. — Après Cette période de recherches, le développement des lignes ferrées en France et on Angleterre fit reconnaître aux ingénieurs que le service des chemins de ter comportait des besoins Irès-di'^tincts, auxquels ne pouvaient salisfiiire des machines construites sur un modèle uniforme.

Pour certains transports, la première condition à remplir clailla vitesse; pour d'autres une vitesse modérée était suffisanle; enfin, dans bien des cas, la vilesse de marche ne présenlait qu'un intérêt secondaire, et, pour le transport des grosses marchandises, houilles, minerais, etc., notamment, il fallait avant toutes choses demander aux machines la faculté do traîner des poids considérables.

Successivement constatées sur tous les chemins de fer, les ïnèmes nécessités ont amené les ingénieurs à l'adoption de trois

ÎS6 DES MACHINAS k VAPEUR.

types bien distincts et que désignent la nature des services qni leur sont demandés :

Machines à voyageurs ; Machines mixtes ; Machines à marchandises.

Nous étudierons successivement, dans les paragraphes qui vont suivre, chacun de ces trois types, et nous indiquerons les variétés auxquelles ils ont donné naissance ; mais nous retrouverons constamment dans les idées des constructeurs la double direction que nous avons signalée :

1* Augmentation de la puissance vaporisatrice de la chaudière;

V Augmentation du poids pour augmenter l'adhérence.

Périoëe «etveiie. — Pendant de longues années, les chemins de fer n*ont été considérés comme possibles que dans les contrées peu accidentées. On n'avait pas songé à les tracer dans des vallées sinueuses et à leur faire franchir des faites élevés. De semblables difficultés n'arrêtent plus personne aujourd'hui, et il faut construire des chemins de fer, quelles que soient les conditions de profil et de plan que l'on rencontre. La machine locomotive a dû obéir à ces exigences nouvelles, et les ingénieurs mécaniciens ont su livrer à l'exploitation des machines répondant à des besoins absolument nouveaux. Nous aurons donc à étudier des types très-différents de ceux qui ont êlé créés pour les conditions ordinaires de l'exploitation.

§ 2. — Machines à voyageurs.

Les machines destinées au service des voyageurs peuvent, pondant plusieurs années, se rapportera deux types principaux construits, le premier par Sharp et Roberls vers 1 840, le second par Stephenson vers 1846.

MAmaes locomotives. s57

et Hefcma. — La machine sortie des ateliers de Sharp et Roberts avait les dimensions suivantes :

Nombre de roues (la roue motrice placée au milieu). . . 6

Diamètre de la roue motrice 1*,666

162 lubes de O^.O-i de diamètre et d'une longueur de. . 2",43

Surface de chaufle directe, c'est-à-dire du foyer proprement dit 5»i,87

Surface de chauffe tubulaire 49™^,93

Surface de chauffe totale de 55»<ï,80

Cylindres intérieurs ; diamètre 0",33

Course du piston 0",46

Poids de la machine vide, environ 12T.

Le foyer descendait entre les roues d'arrière et les roues motrices, et le centre de gravité de toute la machine passait entre les roues d'avant et les roues motrices. Par celte double Combinaison, le poids de la machine était bien réparti, et Tessieu d*avant, se trouvant convenablement chargé, n'avait aucune tendance à se lever quand la machine rencontrait un obstacle Sur la voie ; ces machines présentaient donc une très-grande stabilité. Nous rencontrons, pour la première fois et d'une HianiTjre un peu précise, la notion si importante de la stabilité dans les machines. On conçoit en effet que, si le centre de gravité est trés-éloigné de l'essieu d'avant, la machine tout entière 3 une tendance au soulèvement et que le moindre obstacle rencontré par la roue d'avant peut faire dévier et dérailler la ïnachine entière.

auebine Siephenson. — La machine construilc par Stephensonen 1845 avait les dimensions ci-après que nous indiquons dans Tordre suivi pour les dimensions de la machine Sharp et Roberts, ordre que nous conserverons autant que possible •fans toutes les machines, de manière à permettre une comparaison rapide des éléments constitutifs de chaque type :

Nombre de roues (la roue motrice placée au milieu).. . 6 l)iamétre de la roue motrice i",70

139 tubes de 0",057 de diamètre et d'une longucnr de. . 5^,95

Surface de chaufTe directe 5*^,00

Surface de chauffe tubulaire Gi^'^^OO

Surface de chauffe totale 09^,

Course du piston 0",51

Poids de la machine vide, environ 18 T.

La surface de chauiTe présentait une augmentation importante sur celle de la machine Sharp et Roberts : ()9 mètres carrés au lieu de SS'^^'fSO. Mais cet avantage était compensé par une disposition présentant des inconvénients : pour obtenir une grande longueur de la partie tubulaire, Stephenson reportait le foyer en deçà de Tessieu d'arrière, en porte-à-faui sur les longerons. Les dimensions de ce foyer devenaient alors inférieures à celles du foyer Sharp et Roberts, et celte diminution de la surface de chaulTe directe atténuait beaucoup les avantages que Ton se promettait, à tort, nous le verrons, de rallongement de la partie tubulaire.

En second lieu, le centre de gravité se rapprochait de Tarrièrc, et Tcssieu d'avant peu chargé tendait à se soulever. Il y avait même des machines dans lesquelles le centre de gravité tombait sur Tessieu lui-même. Tout Tappareil était alors comme en équilibre autour de cet essieu moteur, et la machine obéissait facilement à Taction perturbatrice désignée sous le nom de mouvement de galop.

Par contre, la position extérieure des cylindres était signalée comme une heureuse amélioration ; les essieux coudés, si difGciles à bien forger, disparaissaient et étaient remplacés par des essieux droits.

Celte question des essieux droits et des essieux coudés, ainsi que celle qui lui correspond, des cylindres extérieurs et intérieurs, seront traitées dans l'étude des organes des machines locomotives. Nous ne faisons donc que l'indiquer ici à son début.

MACHINES L'JCOMUTIÏES.

Alnra * ro«cs libre* employées par ira cheoilaB de fer

lia, de I81S A I8s«. — Les ingénieurs rhui'gés des chc-

de fer français ne pouvaienf, à l'origine, s'iusiiirei" que odtJes 3n<.'lais, et nous voyons toutes les lignes françaises ir, dans la période de 1815 à 1856, les modèles calqués, ir le type Sharp et Roberts, soit sur le type Sleplienson, es préseiilanl par conséquent les mêmes avantages et les s inconvénients.

I ne saurait ici donner une description détaillée de toutes icliincs, mais nous iivons réuni, dans le liiltleiiu ci-aprés, >rincipales dimensions. L'on i emarquera surtout l'accroist constant de la surface de chauffe el du poids de la