CHAPITRE VII

HAGBIlIBS LOCOMOTITBS

g — Bnsemble de la machine locomotive. ~ Premien enais. — Conoonra

de Liverpool.

Simplicité de la maditoe loeomotlve. — La machine locOIIlO-

live 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 loeomotive est en même temps une machine simple. Une chaudière cylindrique, portant elle-même son foyer, .produit la vapeur à une pression comprise habiluelleineiit entre 5 et 9 atmosphères. Conduite dans deux cylindres symétriquement placés par rapport à l'axe de la chaudière, la irapeur détermine le mouvement alternatif de deux pistons, et ce mouvement est transformé en mouvcmenl circulaire par une bielle el une manivelle. Ënûn la machine étant pesante, les roues, au lieu de tourner sur elles-mêmes, ayancent sur le sol sur lequel elles reposent.

La machine locomotive consiste tout entière:

* Le livre de la Sagesse dans l'Ancien Tc5!tamcnt no semblo-i-il pas avoir donnô une dcscriplion exacte des machines locouiulives ? « ignoUis bcslias vapomii ignium spirantes» ftuni oderem profermes, et horrendas àb oculis scintillas emiUf tentes. »

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

2° En un poids suflisant pour créer une adhérence qui transforme un mouvemeat de rotation en mouvement de translation.

aMMi «e r««MraMe. — Le mot adhéreneây 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. Dansées derniers, l'adhérence 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 (lu frottement au dépari . L^cxpression 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. C'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 chauffe 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 an 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 môme 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

250 HKS M VCIIINKS A VAPHIU.

ouunanimal*. Ce n'est qu'en 1812 qu'on reconnut Tinutililè de ces complicalions^ et Stephenson père construisît une machine à six roues roulant sur des rails lisses. Les cylindres èlaient placés dans rintérieurde lu chaudière, et le mouvement des pistons était transmis aux roues par une chaine sans lin ; 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.

ProëBc«toBd« la ▼apenr. — La question do radhéri iice était résolue, maïs celle de la production de la vapeur ne l'était 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. Kn effet, en se donnant comme condition du problème à remplir une vitesse ^léterminée, on calculait:

Le nombre de tours de roues que la machine devait faire dans Ufio heure ;

Un en déduisait ; Le nombre de coups de pislon, Le nombre de cylindrées de vapeur à dépenser. Kn rapprochant le volume total de vapeur ainsi délerminéde la jMiissance de vaporisation connue des chaudières de niacliiiies lixes, on trouvait des différences telles que rien ne faisait entrevoir la possibilité d'arriver à une production de vapeur en rapport avec la dépense prévue.

La découverte presque simultanée de la chaudière luhulaire et <!e réchappemont de la vapeur dans la chenrniée, vint heureusement changer la puissance de vaporisation des anciens fiiycrs, et rendit possible la production d'une quantité de vapeur inespérée. On peut dire qu'avec ces deui découvertes, la

machine locomotive élait civée.

Les avantages de lach >udicrc à tubes pour la production de la vapeur sont si grands, que certains constructeurs ont déclaré qu'il élait inutile) de cherclier un autre mode de vaporisation,

et que la chaudière tubulaire devait être aussi bien employée pour les machines fixes ({ue \H)ur les machines locomotives et

les loconiobilcs. Nous avons fait connaître les motifs pour lesquels nous n'adoptons point 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 tubulaire constitue véritablement la machine elle-même.

IleolilTia wiclemies. Essala antérieurs am travaux de Sie*

fiiiMn^. — Nous avons brièvement énoncé les idées des pre* miers ingénieurs qui s'occupèrent d'appliquer la machine à vapeur à la traction des véhicules sur les routes. Nous ne mentionnerons que pour mémoire les machines sucrcssivenienl proposées par Sébastien Gugnot, en 1769, par Trewithick et Vivian en 1802, par Murray en 1811, par Blackett en 1812, et par Stephenson père en 1814. Les dessins de ces machines ont été plusieurs fois reproduits: il suflil d'y jeter un coup dVil pour apprécier ces essais, nous ne dirons pas sans valeur, mais si éloignés de la machine actuelle.

Ge n'est qu'à partir de 1829 qu'apparut, au concours' de Liverpool, la véritable machine locomotive construite par Robert Sleplicnson, la machine conlennntune chaudière tubulaire et un échappement dans la cheminée.

Ca a caim de EHrerpooi. — ClapcyTon, dans SOU Cours professé à l'École des ponts et chaussées, a donné sur ce concours mémorable des renseignements très-intérossants, et que nous ne pouvons que reproduire. Le chemin de fer de Liverpool à Manchester n'avait p:is été établi primitivement pour des locomotives, et on pensait même y effectuer la traction au moyen de machines fixes.

Le programme public par la compafrnie du chemin de fer de Liverpool à iManchestcr, le '25 avril 1829, conteuait les dispositions suivantes :

1* La machine doit brûler sa fumée, d'après les stipulations

de l'acte du pariement de la septième année du règne de George IV.

2* Sîelle pèse 6 tonnes, elle doit pouvoir traîner, chaque jour, sur un cluMiiiii de 1er bien consti uil et de niveau, un convoi de chariots du poids de 20 toaiies compris son fourgon et Tapproviaionnement, à une vitesse de 10 milles à Tlieure et avec une pression de vapeur n'excédant pas 50 livres par pouce carré.

5* La chaudière aura deux soupapes, l'une desquelles sera hors de la port ce du machiniste; mais ni Tune ni l'autre ne pourront 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 sommel de la cheminée ne devra pas excéder 15 pieds.

5** Le poids de la machine» y compris Teau dans la chaudière, • ne pourra pas dépasser 6 tonneaux. On donnerait la préférence à une machine plus légère si elle tratnait fti oportionnellement la même cliargc. Si le poids ne dépassait i)as i tonneaux, on pourrait réduire à quatre le nombre des roues. La compagnie sera libre de soumettre la chaudière, les cylindres, etc., à Taide d'une presse hydraulique, à une pression de 450 livres par pouce carré, sans être responsable du dommage que la niacliine en pourrait éprouver.

6" 11 y aura un manomètre à mercure lixé à la machine, avec une tige indiquant la pression au-dessus de 45 livres par pouce carré et construit de façon à laisser échapper k vapeur à une pression de 00 livres par pouce carré.

7" La 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 approvisiouuements d'eau et de combustible.

MACIIINKS LOCOMOTIVKS. 235

Les juges étaient MM. Wood de NewcasUe>upoa-Tyne,Rastrick de Stonbridge et Kennedy de Manchester.

Les machines présentées an concours étaient au nombre de

cinq, savoir :

Lfi Fusée(the Rockett), pesant 4^,05, appartenant à M. liobert Stephenson;

La Nouveauté^ pesant 3^,01 , appartenant à MM. Braith^raite et Ericson ;

La Sans-parcillc^ pesant I5n, appartenant à M. lluckworth; Le Cyclops, pesant 3 tonnes, à M. lirnndrectli ; La Penévérantey pesant 2^,17, à M. Burstall.

Toutes les machines avaient été construites pour brûler du coke.

Le Ctjclop.s nVntra pas rn lice.

La combuslion était entretenue dans la Nouveauté, remarquable par son élégante construction, au moyen de soufflets mis en jeu par Ja machine elle-même. Dans une première expérience, ces soufflets crevèrent et la machine fut obligée de s'arrêter. Dans une autre épreuve, le tuyau de la punipe d'alimentation se brisa et mit encore Un à sa course. Enfin, le jour où le prix devait être gagné, un tuyau qui traversait la chaudière fut écrasé par la pression, et cette machine fut obligée de se retirer du concours.

La Sans-pareille, après une modifK ation apportée à sa chaudière, sur l'avis de la commission, eoncourut le jour fixé pour le jugement définitif. La pompe d'alimentation se dérangea aussi. L'abaissement de l'eau dans la chaudière fit fondra le bouchon de plomb,1a vapeur se perdit et l'épreuve ne put être continuée.

M. Burstall retii a sa machine.

La Fusée resta donc seule et fut jugée digne du prix proposé. Pendant les expériences, elle traînait une charge de 12^,14 avec une vitesse de 14 milles à l'heure. Débarrassée du poids qu'elle remorquait, elle atteignit une vitesse de 35 milles à riieure.

S3i DES MACRlNeS A VAPEUR.

Le succès de la niaclnne de M. Steplienson élail principalcro.' ni dû à l'emploi de la chaudière lubulaire, qui consiste, dans la Fusée^ en un foyer entièrement entouré d*eau et d'un corps cylindrique traversé par 25 tubes d*un petit diamètre qui donnaient passage à la flamme et aux produits de la comhuslion, pour les conduire dans la cIuMiiinée où venaient aussi déboucher les tuyaux d'échappement de la vapeur à sa sortie des cylin« dres.

Priorité de riaYenlIon de la chaudière tabulaire. — La chaudière lubulaire a-t-elle èlè découverte par Robert Sieplienson, ou cet illustre ingénieur a-t-ii eu connaissance des travaux de M.Séguin?

Nous ne saurions résoudre cette question longuement discutée par les écrivains anglais et français; nous rapproclieroiiîi seulement trois dates :

Le brevet délivré à M. Séguin pour la construction d*iinc véritable chaudière tubulaire est du 22 février 1828. Lo programme du concours de Liverpool fut publié le 25 avril i829. Le concours lui niénic n'eut lieu que le 9 octobre 1829.

Une innovation très-importante aussi avait été essayée dans la machine de Stephenson : nous voulons parler de réchapperoenl de la vapeur dans la cheminée. Deux explications ont été donnéesdu rôle de la vapeur dans la cheminée. Quelques ingénieurs admettent que la vapeur, en se condensant, produit un Nidc qui occasionne un appel d'air; d'autres prétendent que le (lot de vapeur agit comme un piston véritable chassant Tair devant lui et faisant le vide en arriére : l'air frais se précipiterait à travers la «grille pour remplir le vide el aflluerail eu quanti lé sut'Iisanle sur le combustible.

La priorité de Tinvention de cet emploi de la vapeur perdue à sa sortie du cylindre a été aussi très-discutée; mais nous ne pouvons citer aucune date précise qui éclaire la solution de cette question.

Période de i8SO * 184». ■mUm eMMW pem cmmm. m

NAClllNKS LOCOMOTIVES. 235 m ppi oB M pB %mti ûtm lo y cM <*c« «■ fwtwr Uk pa to — e e . — La

machine exposée par Robert Stephenson avait remporté le

prix. Mais cotlt' niacliiiie no posait que 4,001) kilo^^r.; cllelt aînnît, avons-nous dit, 12 tonnes à une vitesse de 14 milles ù l'heure, et sans charge marchait à raison de 35 milles à l'heure. Il y avait donc bien des progrès à réaliser pour arriver aux machines actuelles.

Dans la période de 1830 à 1845, cniployée en làlonnements de toute nature, la machine locomotive s'aftirme en quelque sorte. On était loin de penser qu'on arriverait h produire des machines spéciales pour chacun des besoins de Texploitation des ciiniiins de 1er, et on ne cherclnit qu'à au«(mentcr la puissance (les machines, soit en au<;;meniant les dimensions primitives, soit en étudiant toutes les combinaisons de détail relatives h 1 alimentation, au mode de suspension, à la répartition des poids, h récliap{)ement de la vapeur, questions toutes aujouril'tini r«''<()lues, niaisqui ne Pétaient pas il y a In nleans. Cluujnc « oiistrueleur, sans suivre un oi'dre d'idées bien déterminé, s'efforçait de faire mieux que ses concurrents.

4i> rrxpioitoiion. — Après cette période de recherches, le développement des lignes ferrées en France et en Angleterre fit reconnaître aux ingénieurs que le service des chemins de fer comportait des besoins trés-distincts, auxquels ne pouvaient satisfaire des machines construites sur un modèle uniforme.

Pour certains transports, la première condition à remplir ('•tait la vitesse; pour d'autres une vitesse modérée était snllisantc; enfin, dans bien des cas, la vitesse de marche ne présentait qu'un intérêt secondaire, et, pour le transport des grosses maffhandises, houilles, minerais, etc., notamment, il fallait ;i\ iril tontes choses demander aux machines la faculté de traîner (ici> poids considérables.

Successivement constatées sur tous les chemins de fer, les mêmes nécessités ont amené les ingénieurs à Fadoption de trois

m DES NAGBINES A VAPEDR.

types bien distincts et que désignent la nature des senrioes qtii 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 ;

2" Augmentation du poids pour augmenter l'adhérence.

WMm ée meuméOe. — 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 fuilos élevés. Pc semblables diHicultés 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 Ton rencontre. La machine locomotive a dû obéir à ces exigences nouvelles, et les ingénieurs mécaniciens ont su livrer à l'exploilation des machines répondant à des besoins absolument nouveaux. Nous aurons donc à étudier des types très-différents de ceux qui ont été créés pour les conditions ordinaires de l'exploitation.

g i. — Machinps à voyageurs.

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

MACUIKËS LOCOMUTiVJvS. S57

■mUm é» Mhwp et Mbcvts. — La machine sortie des ateliers de Sharp et Roberls avait les diineobioas suivaiilcs :

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

Diamètre de la roue motrice 1",G66

16S lubes de 0-,04 de diamètre et d'une longueur de. . S-,45

Snrbce de cfaanflé directe, c*e8t-&-dire du foyer proprement dit 5»Mi,87

Surface de chauffe tubulaire 49"i,93

Smrftce de chauffe totale de 55*«,80

Cylindres intérieurs ; diamètre 0*,35

Course du piston 0*,46

FdidsdeUi machiiie nde, enTiron. iST.

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 cl 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 rencuntrons, pour la première fois et d'une manière un peu précise, la notion si importante de la stabilité dans les machines. On conçoit en effet que, si le centre de gravité est très-éloigné de Tessieu d'avant, la machine tout entière a une tendance au soulèvement et que le moindre obstacle rencontré par la roue d'avant peut faire dévier et dérailler la machine entière.

MaaMar at c pfceMim. — La machine construite par Stephenson en i845 avait les dimensions ci-après que nous indiquons dans l'ordre suivi pour les dimensions de la machine Sharp et Uoberts, ordre que nous conserverons aulant que possible dans toutes les machines, de manière à permettre une comparaison rapide des éléments constitutiis de chaque type :

Nonibie de roues (la roue motriee placée an milieu).. • 6 Diamètre de la roue uiutiice l'^IO

DES AIACIlUtS A VAPEtU.

139 tubes de 0*»037 de diamètre et d'une longueur de. . 3*,95

La surface de chaulTe pivscntîul une augnienlalioii iiiijMirtante sur celle de la machine Sharp et UoLcrts : 09 niclrcs carrés au lieu de 55"*% 80. Mais cet avantage était compensé par une disposition présentant des inconvénients : pour obtenir une grande lonfrueiir de la partie tuhiiUiirc, Siephenson reportait le lu^er en deçà de Tessieu d'arrière, eu porle-à-faux sur les longerons. Les dimensions de ce foyer devenaient alors inférieures à celles du foyer Sharp et Robcrts, et cette diminution de la surface de chauffe directe atténuait beaucoup les avantages que l'on se ])r()inetlait, à tort, nous le verrons, de rallongement de la partie lubulaire.

En second lieu, le centre de gravité se rapprochait de l'arriére, et Tessieu d'avant peu chargé tendait à se soulever. Il y avait même des machines dans lesquelles le centre de ^^ravité tombait sur l'essieu lui-même. Tout l'appareil était aloi s comme en équilibre autour de cet essieu moteur, et la machine obéissait facilement à l'action perturbatrice désignée sous le nom de mouvement de (julop.

Par contre, la position extéi'icure des cylindres était sif:naléc comme une heureuse amélioration; les essieux coudés, si dilTicilcs 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 exiérieui s et inlérieiu's. seront traitées dans l'étude des organes des machines locomotives. Nous ne faisons donc que l'indiquer ici à son début.

Surface de chauffe directe. . . .

Surface de chauffe tubulaire. . .

Surface de chaulTe totale, . . .

Cylindres exlcriinirs; diamètre.

Courte du j»i>t<m

Poids de ia inadiine vide, environ

MÂCUliN£S U)C0M0T1V£S. ^30

fniavMlBy de IMS * ~ Les ingénieurs chargés des chemins de fer français ne pouvaient, à rorijjine, s'inspirer que (les modèles anglais, et nous voyons toutes les lignes Iranyaises adopter, dans la période de 1845 à 1856» les modèles calqués» soit sur le type Sharp et Roberts, soit sur le type Slephenson, modèles présentant par conséquent les mêmes avantages et les mêmes inconvénients.

L'on ne saurait ici donner une description détaillée de toutes ces machines, mais nous avons réuni, dans le tableau ci-après, leurs principales dimensions. L'on remarquera surtout l'accroissement constant de la surface de chauffé et du poids de la machine.

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