INTRODUCTION

Nous nous sommes proposé , en entreprenant ce travail, de faire un livre utile aux praticiens que la nature de leurs travaux a rendus familiers avec le maniement des machines locomotives, avec la construction et les réparations de leurs diverses parties, utile également aux personnes qui, par la nature de leurs occupations, sont portées à se rendre compte de tous les détails de construction et de service des moteurs appliqués au transport sur les chemins de fer.

Nous avons dû tenir compte de l'insuffisance de notions théoriques qui existera nécessairement chez la plupart de nos lecteurs ; à cet effet, nous nous sommes attachés, en premier lieu, à poser quelques principes généraux, et à en déduire, simplement et aussi clairement que possible, les conséquences, afin de mieux faire comprendre les explications que nous aurions à donner dans le cours de notre travail; pour cela nous nous sommes moins préoccupés de donner des démonstrations rigoureuses, que de rendre

facilement intelligibles les développements dans lesquels nous devions entrer, les appréciations auxquelles nous devions nous livrer dans la description des différentes parties d'une même machine, et dans la comparaison des différents modes de construction adoptés.

Nous avons donc réuni dans une première partie, sous le titre de Notions préliminaires, les notions de physique et de mécanique qui nous paraissaient les plus indispensables, et nous avons indiqué les principes théoriques sur lesquels repose la construction de la machine locomotive ; nous avons fait connaître la fonction des éléments de cette machine, à la fois si complète et si simple.

Dans une seconde partie, nous avons décrit, pièce par pièce, les machines qui peuvent servir de types aux principaux systèmes actuellement en usage; nous avons fait connaître le jeu relatif des différentes parties du mécanisme. — La troisième partie a pour objet la description du tender, annexe habituel de la machine locomotive, servant à porter le coke et l'eau pour la génération de la vapeur. — Le quatrième livre comprend l'examen de la machine en mouvement, des conditions de stabilité qu'elle doit présenter, des aperçus généraux sur le choix d'un système de construction pour chaque cas particulier que peut présenter l'exploitation des chemins de fer. — Nous avons réuni dans la cinquième partie tout ce qui concerne le service des machines et leur application au remorquage des trains, les règles à suivre pour assurer la régularité du service, le bon entretien du matériel et l'économie des dépenses. — Nous avons consacré une partie notable de notre travail à traiter la question des ateliers de répara-

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lion, au point de vue de leur consistance, de leur organisation intérieure et des règles à suivre pour l'entretien du matériel. — Nous avons cherché à faire connaître les résultats d'expériences, malheureusement trop peu nombreux, qui peuvent diriger les ingénieurs et les constructeurs dans l'organisation du service de traction, dans le choix des systèmes de machines, dans la recherche des perfectionnements à apporter à leur ensemble ou à leurs détails. — Dans la huitième et dernière partie, nous avons indiqué les principales causes d'accidents, les mesures à prendre pour les prévenir ou en atténuer les conséquences ; à cette occasion nous avons fait connaître la législation actuellement en vigueur pour la police des chemins de fer.

Cet ouvrage, ainsi qu'on le reconnaîtra par l'exposé qui précède, est destiné à remplir le même but que le Guide du Mécanicien conducteur de machines locomotives que deux d'entre nous ont publié en 1840, et qui nous a servi de point de départ, autant que le permettaient les progrès accomplis depuis cette époque dans l'art de la locomotion ; mais nous avons cherché à le rendre aussi complet que possible, en y ajoutant quelques parties nouvelles, en même temps que nous y avons apporté d'importantes modifications dans l'ensemble et dans les détails; c'est donc moins une seconde édition qu'un travail neuf sur la locomotion en général.

L'invention des chemins de fer et leur application au transport de certaines matières, notamment de la houille et des minerais, remonte à une époque déjà assez reculée, mais leur application au transport rapide des personnes et des marchandises de toute nature est récente. — Nous ne

nous occuperons pas de rechercher leur origine et les dates de leur application au transport ; nous chercherons seulement à donner quelques détails circonstanciés sur l'histoire de la machine locomotive , qui est l'objet exclusif de notre publication , et dans ce but nous ferons connaître, dès à présent, par quelles phases a passé cette remarquable invention avant d'arriver au point où nous la prenons pour en faire la description.

L'application de la vapeur aux moteurs fixes par Newcomen, Cawley et Savery, remonte aux premières années du 18e siècle; ce n'est guère que cinquante années plus tard que Ton songea à substituer son action aux chevaux et autres animaux do trait, pour remorquer les véhicules sur les routes ordinaires ; son application à la traction sur les chemins de fer ne remonte qu'au commencement du siècle actuel.

En 1759, le docteur Robison, qui fut plus tard professeur d'histoire naturelle à l'Université de Glasgow, et qui n'était alors que simple étudiant, émit l'idée que l'on pourrait employer la machine à vapeur pour mettre en mouvement les roues des véhicules.

Le premier ingénieur qui ait cherché à réaliser cette idée, est un Français, Cugnot (Nicolas-Joseph), né en Lorraine le 25 février 1725. En 1769, il construisit à Paris un chariot mis en mouvement par une machine à vapeur composée de deux cylindres à simple effet. Dans les premiers essais, cette machine ne put parcourir, en 60 minutes, qu'un quart de lieue ; de nouveaux essais entrepris en 1770 donnèrent des résultats plus favorables ; cepen-

dant, l'inventeur n'ayant pas trouvé le moyen de bien diriger sa machine, on ne donna pas suite à ces expériences; elle figure encore dans la collection du Conservatoire des Arls-et-Méliers.

Dès l'année 1772, à Philadelphie, Olivier Evans s'occupait de substituer des procédés mécaniques aux chevaux pour les transports sur les routes ordinaires, et en 1786 il sollicitait, des États de Pensylvanie, un privilège pour l'application de la vapeur aux moulins et aux véhicules ; en 1804 il construisit la première voiture à vapeur qu'aient vue les Etats-Unis et la fit fonctionner dans les rues de Philadelphie.

En 1784, Watt prenait une patente en Angleterre pour l'application de la machine à vapeur aux voitures ordinaires.

En 1802, Trévitick et Vivian, en Angleterre, émirent la même idée, et deux ans plus tard, en 1804, ils l'appliquèrent à la construction d'une machine qu'ils firent circuler sur le chemin de fer de Merthyr-Tydvil , rebutés qu'ils furent par les difficultés de toute nature que présentait son emploi sur les routes ordinaires.

La machine de Trévitick et Vivian n'avait qu'un seul cylindre placé horizontalement; le piston transmettait son mouvement aux roues au moven d'une bielle et de deux engrenages; le cylindre avait 0m 203 de diamètre et lm 37 de course. Avec cette machine ils purent remorquer un train de 10 tonnes, sur une longueur de 14 kilomètres et demi, et à la vitesse de 8 kilomètres à l'heure , sans renouveler l'eau contenue dans la chaudière. L'opinion dominante alors était que l'on rencontrerait des difficultés

insurmontables dans le défaut d'adhérence des roues sur la surface polie des rails, et celte opinion fut le principal obstacle à toute application ultérieure de cette machine ; les inventeurs eux-mêmes conseillaient de pratiquer sur la jante des roues des rainures transversales, des aspérités, de manière à leur donner plus de prise sur les rails; ils allaient même jusqua proposer l'emploi de chevilles ou de griffes prenant leur point de résistance sur le sol. — Ces premiers essais ne donnèrent pas lieu à une application suivie de la vapeur au transport sur les chemins de fer, qui commençaient à se développer dès cette époque en Angleterre pour le service des mines de houille.

En 1811, Blenkinsop construisit, pour le chemin de fer de Middleton à Leeds, des machines locomotives dans lesquelles les roues n'avaient plus d'autre fonction que de supporter l'appareil ; un des rails portait latéralement une crémaillère, sur laquelle engrenaient les dents d'une roue mise en mouvement par deux pignons, armés chacun d'une manivelle et mis chacun en mouvement par une bielle rattachée au piston d'un cylindre vertical placé sur la chaudière. Les deux manivelles étaient placées à angle droit pour faciliter le passage des pistons au point mort. La chaudière, longue de 2m 50, renfermait un tube intérieur qui servait de foyer et qui venait déboucher dans la cheminée. Ces machines ont servi , pendant plus de douze années , au transport de la houille.

En 1812, William et Edward Chapman substituèrent à la crémaillère une chaîne placée au milieu de la voie et passant sur une roue dentée, fixée à la machine et mise en mouvement par la vapeur; ils proposèrent également

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l'emploi d'une machine à 8 roues , mises en mouvement par une série d'engrenages commandés par un pignon, en rapport avec uii jeu de deux cylindres. Les essais entrepris sur le chemin de fer de Heaton n'eurent pas de suite.

En 1813, Brunton essaya d'employer, comme point d'appui sur le sol, un. système de deux béquilles, ayant pour objet de remplir la même fonction que les jambes d'un cheval ; un accident arrivé à la chaudière qui était en fonte, l'empêcha de faire un essai suivi.

A la même époque. Blakett, après de nombreux essais exécutés sur le chemin de fer de Wylam , démontra que le frottement ou Yadhérence des roues sur les rails fournissait un point d'appui suffisant ; et ce principe, combiné avec l'emploi des deux cylindres de Blenkinsop, devint la base du système de locomotion, qui a pris dans ces dernières années un développement si considérable. Cugnot avait bien employé deux cylindres dans son fardier à vapeur; mais les deux cylindres étaient à simple effet et le jeu des deux pistons était nécessairement alternatif ; ils se trouvaient tous les deux à la fois à l'une des extrémités de leur course, tandis que, dans la machine de Blenkinsop, les deux manivelles étant calées sur un même axe, l'un des pistons était au milieu de sa course lorsque l'autre était à l'extrémité. Cette disposition assurait la mise en marche et la continuité du mouvement dans les petites vitesses. Ajoutons toutefois que le principe mécanique des manivelles croisées était déjà bien connu à cette époque.

George Stephenson construisit, pour la mine de houille de Killingworth, pendant l'année 1814, une machine à

quatre roues, accouplées au moyen d'une chaîne sans fin enroulée sur deux roues dentées portées par le milieu de chaque essieu ; un cylindre était placé verticalement, sur la chaudière, au-dessus de chaque essieu, et lui communiquait le mouvement an moyen de deux bielles verticales appliquées aux extrémités d'une traverse, comme dans la machine de Trévitick et Vivian ; le jeu des deux pistons était croisé. Cette machine remorqua, sur une rampe de 0m002 par mètre, un poids de 30 tonnes 1/2, avec une vitesse de 6 kilomètres 1/2 à l'heure. La chaudière était cylindrique, avait 2™ 44 de long et lm 86 de diamètre; elle était traversée par un tube intérieur de Om 51 de diamètre contenant le foyer; les cylindres avaient 0™ 20 de diamètre et Om 61 de course.

En 1815, il construisit une nouvelle machine disposée sur le même principe, mais ayant, entre les deux essieux commandés directement par les cylindres, un troisième essieu lié aux deux autres par une chaîne sans fin. La machine était suspendue sur les essieux au moyen de cylindres, renfermant chacun un piston solidaire avec la boîte à graisse, et pressé sur sa surface supérieure par l'eau de la chaudière; cette disposition avait pour effet d'amortir les chocs, et de faire jouer à la vapeur le rôle de ressort. Jusqu'en 1830, ces machines conservèrent une supériorité marquée sur toutes celles qui furent construites pendant la même période de temps, grâces aux améliorations que leur apporta leur auteur. L'essieu intermédiaire fut supprimé, la chaîne sans fin fut remplacée par une bielle d'accouplement extérieure; des ressorts en acier furent appliqués pour suspendre la chaudière et le mécanisme

sur les essieux. Une pompe foulante , liée à Tune des traverses qui commandaient les bielles motrices fut disposée pour renouveler l'eau de la chaudière , en la puisant dans une caisse placée sur un chariot d'approvisionnement. Les roues avec moyeux et rais en fonte étaient cerclées en fer, les tiroirs étaient commandés par des excentriques. Ces machines ainsi perfectionnées pesaient environ 10 tonnes avec leur approvisionnement et remorquaient un train de 30 tonnes, y compris le poids des wagons, à une vitesse de 10 kilomètres à l'heure. La tendance des constructeurs dut être naturellement d'augmenter la dimension des chaudières, mais on était bien vite arrivé à la limite de poids que comportait la faible dimension des rails alors employés.

En 1825, Hacworth apporta une amélioration importante au mécanisme, en disposant les cylindres latéralement à la chaudière et en les faisant agir tous les deux sur le même essieu , et en conservant les bielles d'accouplement extérieures pour renvoyer le mouvement à l'autre essieu et faire concourir l'adhérence de ses roues à la production du mouvement.

La machine locomotive était arrivée, en 1825, à un état de progrès très-satisfaisant. comparativement au point de départ, mais la puissance était limitée par la dimension des chaudières qui ne pouvaient produire qu'une assez faible quantité de vapeur ; il restait encore un pas considérable à franchir. Un ingénieur français, M. Séguin aîné, directeur du chemin de fer de Lvon à Saint-Êtienne, avait fait venir à cette époque une machine locomotive d'Angleterre; après de nombreuses observations et des expé-

rienccs très-suivies sur les moyens propres à augmenter la puissance de vaporisation de ces machines, et par suite leur vitesse, il imagina de remplacer le bouilleur intérieur par un grand nombre de tubes de petit diamètre et d une faible épaisseur; il augmenta ainsi, dans une proportion considérable, la surface de contact des gaz chauds, produits par la combustion, avec l'eau qui devait être réduite en vapeur. 11 ne suffisait pas d'augmenter la surface de chauffe , il fallait encore augmenter l'activité de la combustion , que le tirage naturel, dans une cheminée de dimensions forcément restreintes, laissait insuffisante; M. Séguin aîné se servit d'un ventilateur mis en mouvement par le jeu de la machine elle-même, et qu'il plaça d'abord sous le foyer, puis dans la cheminée ; il prit un brevet en France , le 20 décembre 1827, pour la réalisation de ces deux idées dont il fit lui-même l'application. Ce n'est que deux années plus tard, dans le concours ouvert sur le chemin de fer de Liverpool à Manchester, que R. Stephenson, fds de George, fit en Angleterre l'application du principe des tubes à fumée que M. Booth, trésorier de ce chemin de fer, avait imaginé et proposé de son côté.

Le ventilateur de M. Séguin aîné était peu commode et entraînait divers inconvénients; il n'a pas hésité, à l'imitation des constructeurs anglais , à lui substituer le tuyau souillant qui lance dans la cheminée la vapeur qui a fonctionné dans les cylindres. Cette méthode ingénieuse a contribué, tout autant peut-être que l'emploi des tubes, à porter la machine locomotive au degré de puissance et de vitesse où nous la trouvons actuellement arrivée.

Nous avons cherché à nous rendre compte de l'origine

de cette invention, que Ton trouve appliquée à plusieurs des machines qui furent présentées, le 6 octobre 1829, au concours du chemin de fer de Liverpool à Manchester, et qui paraît avoir été introduite quelques années auparavant , dans la construction des machines locomotives, par George Stephenson. Nous n'avons pas pu établir exactement la marche qu'elle a suivi en Angleterre, où elle a reçu incontestablement sa première application industrielle; nous nous bornerons donc à relater quelques faits peu connus qui ne sont pas dénués d'intérêts , au point de vue historique.

L'emploi d'un jet de vapeur, pour produire un courant d'air, a été indiqué par Yitruve, et, d'après lui, par Philibert de Lorme , qui s'exprime dans les termes suivants, au chapitre 8 du livre IX de son architecture : (( Autre remède et invention contre les fumées. » — « Par une autre invention , il serait très-bon de prendre « une pomme de cuivre ou deux , de la grosseur de 5 à « 6 pouces de diamètre, ou plus qui voudra, et ayant « fait un petit trou par le dessus, les remplir d'eau, puis « les mettre dans la cheminée, à la hauteur de 4 ou 5 pieds « ou environ, afin qu'elles se puissent échauffer quand « la chaleur du foyer parviendra jusqu'à elles, et par l'éva- « poration de l'eau causera un tel vent qu'il n'y a si grande « fumée qui n'en soit chassée par le dessus. Ladite chose « aidera aussi à faire flamber et allumer le bois étant « au feu, ainsi que Yitruve le montre au sixième cha- « pitre de son premier livre. » (Page 270 bis de l'édition de 1597). — C'était l'Eolipy le, qui n'est, en quelque sorte, qu'un instrument de physique amusante , et qui n'a

jamais reçu sous cette forme aucune application sérieuse.

Les premières notions exactes qui aient été fournies sur cette question , sont dues à Mannoury-Dectot, qui a pris, le 14 août 1818 et le 21 août de la même année, des brevets d'invention et de perfectionnement pour divers moteurs , auxquels il appliquait les propriétés d'entraînement, qu'il avait constatées, dans un jet rapide d'un fluide quelconque, eau, air ou vapeur. Une de ces machines consistait dans une danaïde ou sorte de turbine dont les palettes étaient sollicitées par un courant rapide d'air déterminé par l'injection d'un jet de vapeur à haute pression dans un tube d'un diamètre plus considérable. Il décrit même, dans sa spécification, un soufflet à vapeur, formé d'un faisceau de tubes soudés à l'extrémité extérieure d'une buse de forge, et dans chacun desquels s'engage, d'une petite quantité, un tube effilé lançant un jet de vapeur très-rapide; les jets de vapeur déterminent un courant d'air dans chaque tube et font entrer une trèsgrande quantité d'air dans la buse, de telle sorte que, suivant l'auteur, « avec sept ajutages à vapeur ayant un « orifice d'une demi-ligne de diamètre , correspondant à « un même nombre de tubes de six lignes de diamètre et « un pied de longueur, on formerait un appareil qui four- « nirait abondamment le vent à un fourneau capable de « fondre deux mille livres de fonte de fer par heure. » La disposition des tubes dans lesquels le jet de vapeur détermine la production d'un courant est exactement celle que l'on emploie encore pour brûler, à courant d'air forcé, certains combustibles maigres et très-menus, sur les grilles des machines fixes.

Quelques personnes ont pensé que l'application du jet de vapeur au tirage dans les cheminées avait été proposée pour la première fois par Pelletan ; mais le brevet de ce physicien est du 30 juin 1830, et c'est seulement à la morne époque qu'il a fait réaliser cette application sur diverses machines , et notamment sur le bateau à vapeur la Ville de Sens, qui faisait le service de la Haute-Seine. — Il reste donc bien établi que le procédé du tirage artificiel par l'action de la vapeur a été appliqué pour la première fois en Angleterre, où il paraissait être tombé dans le domaine public , car on le trouve employé sur la Fusée de R. Stephenson et sur la Sam-Pareille de Hacworth, machines qui ont figuré dans le concours du chemin de fer de Liverpool à Manchester; Hackworth avait même établi deux jets de vapeur, l'un alternatif de la vapeur sortant des cylindres, l'autre continu, pris directement sur la chaudière. Cette application était du reste assez récente, car d'autres machines, également présentées au concours, n'en étaient pas pourvues. Ainsi que nous l'avons déjà dit, elle doit être attribuée à George Stephenson, mais nous n'avons pas pu retrouver la date précise de cette innovation.

Le concours ouvert le 29 avril 1829, par les directeurs du chemin de fer de Liverpool à Manchester, est venu hàtcr la réalisation pratique des nouveaux principes. Robert Stephenson, fils de George, remplit, dans le concours qui eut heu le 9 octobre suivant, toutes les conditions du programme. La machine, montée sur 6 roues, ne devait pas peser plus de 6 tonnes ; elle devait traîner, sur niveau, à la vitesse de 16 kilomètres à l'heure, un poids

do 20 tonnes, approvisionnement de la machine compris ; dans le cas où la machine n'aurait pesé que 6 tonnes, le poids à remorquer était réduit à 15 tonnes. Le poids des machines devait être réduit à 4 tonnes 1 /2 pour celles qui n'avaient que quatre roues.

La Fusée, tel était le nom de la machine que R. Stephenson faisait entrer en lice , était montée sur 4 roues et pesait 4 tonnes 1/2 ou 4,316 kilogrammes; elle remorqua , sur niveau, à la vitesse de 22 kilomètres 1 /2 à l'heure, y compris son approvisionnement, un poids de 12 tonnes 15 quintaux, ou 12,942 kilogrammes, auquel avait été réduite la charge d'épreuve, à raison du poids même de la machine. La chaudière, de forme cylindrique, avait lm 83 de longueur, et comprenait une boite â feu de 0m 91 de longueur sur 0m 91 de hauteur; la flamme du foyer traversait 25 tubes de 0m 076 de diamètre; le tirage était activé par l'injection, dans la cheminée, de la vapeur qui avait fonctionné dans les cylindres. Cette machine comprenait la plupart des dispositions de mécanisme que l'on retrouve encore dans les machines actuelles, et qui n'ont subi que des perfectionnements, auxquels R. Stephenson, tout le premier, a pris une large part.

Ainsi qu'on le voit par l'exposé qui précède, la première idée de l'application de la machine à vapeur remonte à peine à un siècle ; l'invention de la machine locomotive n'est complète que depuis une vingtaine d'années ; c'est dans ce court espace de temps que la surface de l'Angleterre, des États-Unis et des principaux Étatsde l'Europe a été sillonnée de lignes do chemins de fer, et que la circulation rapide des personnes et des choses a pris cet énorme déve-

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loppement qui fera l'admiration des générations à venir.

La France peut revendiquer une part importante dans l'invention de la machine locomotive ; mais, comme dans beaucoup d'autres circonstances, l'Angleterre, pressée par les besoins d'une industrie plus active , a pris les devants pour l'application des nouveaux principes.

Nous nous sommes étendus un peu longuement sur l'historique des premiers pas faits dans la construction des machines locomotives ; nous avons pensé qu'il était utile de remettre sous les yeux de nos lecteurs des détails trop souvent oubliés, dont l'ignorance peut quelquefois faire retourner en arrière, et dont la connaissance complète ne peut que servir à hâter les perfectionnements que l'avenir nous réserve encore. Nous avons enfin voulu rendre un hommage mérité aux hommes qui ont consacré leur temps et leur fortune à la création et au développement de l'art et de l'industrie des chemins de fer. L'histoire des perfectionnements successifs qui, à partir du concours de 1829, ont amené la machine locomotive au degré de puissance et de perfection qu'elle possède actuellement, trouvera sa place plus loin ; elle suppose une connaissance complète des détails de construction, dont l'exposé est précisément l'objet de notre travail.

Les chemins de fer français étaient restés, jusqu'à l'année 1845, tributaires des ateliers anglais; l'augmentation des droits à l'importation des machines locomotives et le développement considérable qu'a pris à cette époque notre réseau, a imprimé une impulsion remarquable à nos ateliers de construction, qui jusqur-là n'avaient construit

qu'un nombre assez restreint de ces machines. Malheureusement celte activité, surexcitée au delà de toute limite par la création simultanée de plusieurs grandes compagnies, n'a pas pu se soutenir sous le coup des événements politiques qui ont arrêté momentanément l'essor de notre industrie.

On compte actuellement 9 grands établissements dans lesquels la construction des machines locomotives a lieu sur une grande échelle, savoir :

A Paris MM. Cail, Ernest Gouin, Cave.

A Mulhouse . . . André Kœchlin, l'Expansion.

A Rouen Buddicom.

Au Creuzot Schneider.

A la dotât . . . Benêt.

A Lyon Clément-Désormes.

A ces neuf établissements se rattachent d'autres grands ateliers qui se livrent spécialement à la fabrication des tenders, des chaudières, des roues et pièces de grosse forge. On peut évaluer à 250 machines locomotives la capacité de production annuelle de ces divers établissements, en supposant qu'ils ne cessent pas, pour s'adonner à cette construction, les travaux de nature diverse auxquels plusieurs d'entre eux se livrent spécialement.

Le tableau suivant indique le nombre des machines locomotives en service à la fin de l'année 1849, ou en construction et prêtes à livrer, sur le réseau des chemins de fer français, mis en regard du développement total du nombre de kilomètres exploités sur chaque ligne.

*OHS DES CIIEMI»

exploite

Alais il Beaucaire et ala Grand'- Combe

a Rouen,

Anzin a Denain et Somain. . . .

Avignon à Marseille

Bordeaux à la Teste