CHAPITRE VII

• Généralités. — Pour Texploitation des grandes lignes où Ton emploie des trains comprenant un grand nombre de voitures et surtout des trains de marchandises, il n'y a plus d'intérêt, comme sur les lignes spéciales à trains légers très rapprochés, à employer des automobiles plus ou moins puissantes ; on doit, au contraire, chercher à réduire au minimum les unités motrices, pour diminuer les frais d'achat, d'entretien et conduite de ce matériel.

C'est cette considération d'exploitation qui justifie seule la création de locomotives électriques destinées à jouer sur les grandes lignes Je même rôle que les locomotives à vapeur.

Ces locomotives électriques peuvent aujourd'hui se classer en deux catégories :

1** Celles qui empruntent l'énergie à une ligne de distribution de courant établie le long de la voie ; l'emploi en reste subordonné à l'adoption de ce genre de distribution le long de telles ou telles voies ferrées ; leur organe essentiel est un truck ou un châssis muni de moteurs;

2"* Celles qui portent elles-mêmes leur provision d'énergie sous forme d'accumulateurs électriques ou de charbon, et dont, par suite, l'emploi est possible sur toutes les lignes existantes; ces dernières comprennent, outre le truck moteur des précédentes, soit une batterie d'accumulateurs, soit une machine à vapeur et une dynamo génératrice ; on peut les considérer comme un cas particulier des premières, obtenu en plaçant sur le châssis de celles-ci une usine productrice d'électricité, de dispositions appropriées à ces conditions d'établissement spéciales.

Pour nous, la locomotive électrique sera donc, en principe général, « un véhicule muni d*un truck assez robuste et de moteurs électriques assez puissants pour lui permettre de remorquer ou pousser un train équivalent à ceux que traînent ou poussent les locomotives à vapeur sur des lignes analogues )».

Dans ceux de ces véhicules où le truck ne porte que des moteurs^ et non la source d'électricité, la caisse peut être utilisée, au moins en partie, pour le service des voyageurs ou des marchandises; ils présentent alors, aux dimensions près, le même aspect que les « voitures automobiles » et on peut leur donner le nom de « voitures locomotrices » (ces appellations correspondant aux termes < motor cars » et « locomotive cars » des Américains), en réservant le mot « locomotive » au cas spécial où la caisse se réduit à une cabine pour le mécanicien. Cette distinction est d'ailleurs peu importante, car elle se rapporte uniquement à la forme de la caisse de la voiture et non à la partie principale, qui est le truck moteur. Aussi décrirons-nous ensemble ces divers types, sans nous attacher scrupuleusement à cette classification de forme.

Les dimensions et la puissance des locomotives et voitures locomotrices électriques ainsi définies peuvent varier dans de très grandes limites sur les chemins de fer ; ces limites sont actuellement d'environ 50 chev. effectifs au minimum (locomotives du City and South London Railway) et 1 000 chev. effectifs au maximum (locomotive Heilmann). On fait des locomotives plus petites pour certaines applications spéciales, telles que la traction sur les chantiers et dans les mines; le nom de « locomotive » est peut-être un peu ambitieux pour des « tracteurs » d'aussi faible importance ; nous le leur conservons cependant ici à cause de la similitude d'objet, mais nous renverrons Tétude de ces machines à un paragraphe séparé, en nous bornant d'abord à l'examen de la locomotive de chemins de fer.

§ 1. — Evolution du type de la locomotive électrique

Les idées régnantes sur la construction des locomotives électriques sont encore bien souvent entachées de préjugés dont

Torigine remonte aux premiers essais de traction par l'électricité.

Habitués à voir les locomotives à vapeur composées d'organes encombrants et chargées de provisions d'eau et de combustible qui ne laissent qu'une place restreinte au chauffeur et au mécanicien, les ingénieurs qui ont projeté ou construit les premières locomotives électriques en ont fait, par analogie, des véhicules d'apparence extérieure plus ou moins massive, dont la caisse était réservée aux appareils et au personnel de conduite, souvent aux moteurs eux-mêmes.

L'histoire des locomotives électriques n'est, dans ses débuts, qu'un long martyrologe, car on n'y rencontre guère que des essais infructueux ou, tout au moins, n'ayant pas eu de suite pratique, en sorte que la plupart de ces appareils d'expérience ont fini non pas par l'usure après un service régulier, mais par une prompte mise au rebut. Plus tard, si l'on retrouve ces locomotives reléguées dans les magasins, on pourra en constituer une exposition rétrospective bien curieuse.

Dans son ensemble, le développement de la locomotive électrique a passé naturellement par les mêmes phases que celui des automobiles. Les dispositions, d'abord extrêmement compliquées au point de vue mécanique, par suite de transmissions souvent étranges, inspirées quelquefois à tort par les dispositions cinématiques imparfaites de la locomotive à vapeur, se sont simplifiées peu à peu, à mesure que l'on a mieux compris les procédés à employer pour adapter les moteurs électriques à la traction. Nous passerons rapidement en revue les diverses étapes de ces perfectionnements.

Premiôres locomotives constmites en Amérique. — Nous ne reviendrons pas ici sur les premiers appareils locomoteurs de Siemens, Edison, Henry, etc., car ce sont des locomotives « historiques », qui ont déjà trouvé leur place dans le chapitre i^''. Nous citerons seulement, parmi ceux qui ont suivi, les types qui ont fait Tobjet d'applications ou d'essais sérieux '.

Les premiers qu'on doive signaler comme essais importants furent ceux du Manhattan Elevated Railroad à New York (1888 et 1889), dirigés par les ingénieurs de cette compagnie et dus à l'initiative des deux inventeurs bien connus, Léo Dafi et Stephen D, Field .

* On trouvera de nombreux détails historiques sur tous ces premiers essais de traction dans rintéressant ouvrage de MM. Martin et Wetzler, Electric moiors, et dans VElectrical World de 1888 à 1890, auquel nous empruntons ici deux figures.

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 415

La locomotive de Dafl, dite le < Bea FraaklÎD > > , comportait qq moteur bipolaire qui devait développer une puissance de 120chev. à la vitesse de 40 km. : h., altaquaut par engrenages simples deux essieux moteurs h roues de 1,20 m. de diamètre, accouplées par bielles ; des tampons élastiques en caoutchouc laissaieui aux essieux, par rapport au truck, un faible jeu vertical, rendu possible par l'emploi d'engrenages i denture profonde.

Celte locomotive était alimentée à 500 volts par un conducteur isolé et le retour du courant se faisait par les rails.

Les résultats de l'expérience, publiés en 1S90 par M. Lincoln Uoss, ingénieur du Manhattan Railroad *, furent très dèlavorables : pour obtenir à la

Fig. 379. — Locomotive électrique de Field.

vilesse moyenne de IS km" : h. une puissance de 36,7 chevaux à la barre d'attelage, il fallait produire 176 chev. indiqués à l'usine. Il semble probable que les engrenages étaient fort mauvais et que le moteur ne travaillait pas au régime convenable, car dès cette époque on réalisait sur les tramways des rendements de 33 à 40 p. 100 du travail indiqué h. l'usine.

La locomotive de Field, essayée peu après et représentée par les Ogures 379 et 360, était caractérisée par l'absence d'engrenages et par la commande des deux essieux au moyen de bielles actionnés par un seul moteur (p. 136} bipolaire à pôles conséquents. Les inducteurs formaient un cadre complet, portant

' Cf. EUctrical World, Bjuillet 1890.

• Voir Railroad Gaittle, 11 juillet 1890.

Une discussion intéressante de ces résult&ts a été faite par M. Ernest Gérard, ingénieui des cliemlna da fer de l'Etat belge, dans le BulleHn du Congrès inlerttalional du chemina de fer, jauTier 1891.

par des croisillons les paliers de l'arbre de l'ioduit et reposant è. son eilrémilé sur les deux essieux par riotemiédiaire de ressorts spiraux logés daus les culasses mènies des électros. L'ensemble du moteur et de ses deux essieux, munis de roues de 0,91 m. constituait un bof^ie de 9 t., supportant l'avant du ch&ssis; l'arricrc reposait sur UD bogie ordinaire simplement porteur. Le poids total de la locomotive était de 14 t. Elle présentait quelques parlicularilés électriques intéressantes, notamment un système de calage automatique des balais, dont on a reconnu depuis l'inutilité, et la régulation par rhéostat liquide. Cette machine constitue te premier exemple d'une construction rationnelle.

Les essais n'eurent cependant aucune suite pour la traction sur les chemins de fer, parce que cette application était alors prématurée ; mais les résultats

Fig. 380. — Locomolire de Field. — Délaib du bogie moteur.

avaient été assez satisfaisants pour déterminer l'inventeur èi appliquer son système au matériel des tramways (p. 135).

Premiôrea locomotives conitmiteB en Europe. — Comme on l'a vu dans l'Historique, c'est à ITenw Siemens qu'appartient l'honneur d'avoir construit, en 1819, la première locomotive industrielle (p. 4), et sa maison (Siemens und Ilalske] a fait, dès cette époque, dans diverses mines allemandes, plusieurs applications de petites locomotives de ce genre, dont nous parlerons au paragraphe 4. Son frère, William Sietnetu, présentait d'autre part à le. « Society of Arts* de Londres, le 18 mai IStil, un modèle de locomotive à moteurs calés sur l'essieu, qui servit de prototype h celles employées dis ans plus tard pour l'eiploilation du City and Soulh London Electric Railway (décembre 1890).

Ces dernières ont été construites par les ateliers Malher and Plaît, de Manchester; deux autres du même type, fournies ensuite par ta maison Siemens Brothers de Londres, ne diffèrent des précédentes que par de petits détails peu importants.

LocomotiwidaCily and South LondonRaiUimy'. —Les treize locomotives de Ualher and Platt (ng. 381 et 362), construites sous la direction da Dr E. Hop-

' Une partie de ces ren geignements nnl été recueillis sur plaee par l'on de nous ; les itrea sont amprunliis à des communications du U' E. Hopkinson {Proe. Intl. Cie. ng., H féirier 1K93) et de M. Aleiander Siemens (Urilish Associalion, Edinburgh, ml 189!).

kinsùfiy consistent en un ch&ssis à deux essieux moteurs surmonté d^une cabine pour le mécanicien et les appareils de manœuvre. Chaque essieu porte l'induit, calé directement, d*un moteur bipolaire du type Edison-Hopkinson de 50 cher, à anneau Gramme ; les inducteurs en fer à cheval, qui embrassent Tarmature avec un très faible entrefer, sont portés d*un côté par Tessieu au moyen de

EléTation transversale.

Coupe longitudinale.

Uh«iu

Fig. 382. — Locomotiye électrique du City and South London Rallway.

coussinets et de Tautre suspendus au châssis par des leviers articulés qui leur permettent un certain jeu angulaire, compensant le jeu vertical des boites à graisse dans les plaques de garde.

Les principales données de ces locomotives sont les suivantes :

Longueur totale 4,27 m.

— de la cabine 3,0'i —

Largeur — 1,91 —

Empattement des roues 1,83 —

Hauteur totale ... 2,57 —

Diamètre des roues 0,684 —

Poids d'un essieu monté, avec ses roues, boites à

graisse, ressorts, et l'induit correspondant ... 1 215 kg.

Poids partiel des inducteurs porté par l'essieu. . . 506 —

— total porté par les roues 1 721 —

— — de la locomotive 43,5 t.

— du train remorqué (sans voyageurs) environ 21 —

Longueur des induits 0,50 m.

Diamètre 0,45 —

Résistance de l'armature 0,30 ohm

— des inducteurs 0,087 —

Le poids total 13,5 t. est dû à l'addition de gueuses de fonte.

Les deux moteurs sont associés invariablement en série ; le courant, capté par un frolteur sur un conducteur de distribution placé sur les traverses, parcourt successivement un rliéostat de démarrage, un inverseur de marche, puis les deux moteurs, et revient aux rails par le châssis et les roues.

Les noyaux et les enroulements des inducteurs, excités en série, sont proportionnés de façon que la saturation magnétique soit presque atteinte dès la valeur moyenne du courant ; au delà de ce régime, la courbe des efforts en fonction des intensités du courant est sensiblement une droite. L'effort de traction produit à la jante des roues est de 533 kg. (couple 182 kgm.) pour 100 amp. et de 1356 kg. (couple 463 kgm.) pour le courant maximum de 226 amp. En marche, le nombre d'ampères (au potentiel de 500 volts) varie de 50 à 100 et atteint 150 amp. dans les plus fortes rampes.

Les balais restent calés à la ligne neutre et les étincelles sont assez abondantes ; la régulation se lait par un rhéostat de 20 ou de 25 touches.

La vitesse commerciale est de 18,4 km. : h (11,5 miles) et la vitesse entre stations, arrêts non compris, est d'environ 21,6 km. (13,5 miles); le maximum n'atteint pas 40 km. Â cette vitesse, qui correspond à 310 tours par minute, les moteurs développeraient une puissance de 50 chevaux chacun.

Les moteurs des locomotives analogues construites par Siemens Brothers ont l des induits à tambour, portant chacun 500 barres plates de 14,4 mm' de sec-

i tion ; le champ magnétique atteint 6600 c. g. s.

1 Les essais faits dans les ateliers de ces constructeurs sur une des locomo-

I tives ont donné les résultats suivants :

[ Puissance au frein Rendement

I Vitesse en km : h. en chc^'aux. en p. 100.

D'après ces chiffres, qui présentent malheureusement des anomalies, on

i peut évaluer à 90 p. 100 environ le rendement en marche normale ; mais les

fréquents démarrages abaissent énormément le rendement moyen. Ces locomotives sont munies de puissants freins à main et de freins Westing- J house alimentés par des réservoirs d'air comprimé qui sont remplis à l'une

des gares terminus et suffisants pour 30 arrêts complets.

Elles ont une marche satisfaisante et assurent un bon service ; leurs dispositions étaient remarquables à l'époque où elles ont été établies, mais les chiffres donnés ci-dessus suffisent à montrer qu'aujourd'hui on devrait préférer, dans une exploitation à aussi faible vitesse, l'emploi de voitures locomoi trices à engrenages, dont les moteurs ne pèseraient pas plus de 3 à 4 t. pour

> la même puissance totale ; on gagnerait de ce chef 10 t. sur l'ensemble du

poids du train, ou 30 p. 100 environ de ce poids, sans abaisser le rende- [ ment moyen, grâce à la réduction des pertes d'énergie au démarrage.

On remarquera que la partie du poids des moteurs reposant sur les essieux

Puissance au frein

Vitesse en km : h.

en chci'aux.

n'est qu'une fraction de ]eur poids total et se trouve inférieure au poids porté directement par les essieux d'une locomotive ordinaire ; il eût été préférable cependant de suspendre élastiquement tout le poids des inducteurs, comme on l'a fait à Liverpoo) par exemple (p. 138).

^'M 1t r'if-^ifrtg

Fig, 383. — LocomotÎTB de la ligne Grlilsch-SIiir

Aulrei locomotives anciennes. — Vers la même époque, on a organisé, en Suisse, l'exploitation par locomotives électriques de quelques petites lignes locales, notamment celles de Sissach-Gelterkinden et de Griitsch-Miirren, cons-

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 421

tniiles en 1601 par les Atelier» iTOerlikon. Ces locomotives n'ont que de faibles puissances : 30 chev. sur la ligne de Sissach, 60 sur celle de Mûrren, en pays plat; elles remorquent des trains d'un petit nombre (2 à 6) de Toitures légères

FIg. 3Si. — Locomotive de gare de Sérajdvo.

à voyageurs ou & bagages; & Mûrren, od la ligne, qui a. 5 km. environ, roonle à 1 640 m. et présente une rampe continue de 5 p. 100, elles ne traînent qu'une seule grande voiture.

LA TnACTION ELECTRIQUE

LOCOUOTIVES ÉLECTRIQUES 4S3

Le courant est distribué par ligae aérienoe et produit par de petites usines hydro-électriques de puissance appropriée.

La ligure 383 représente la locomotive de Grutsch-HurreD, qui ne diffère de celle de Sissach-GeUerkiodeQ que par la puissance des moteurs ; elle est formée d'un ch&ssis k deux essieux surmonté d'une cabine en lôle pour le mécanicien et les appareils de manœuvre et de freinage ; chaque essieu est attaqué à l'aide d'engrenages à simple réduction par un moteur de 30 chev. à 4 pôles, dont l'arbre est placé au-dessus de l'essieu, comme nous l'avons précédemment expliqué en décrivant ce mode de suspension (p. 126).

La régulation de marche se fait par rhéostat ; sur la ligne de Miirren, on pratique le freinage électrique à la descente.

Fig. 386. — Locomotive de la ligne Budapcsi-Neupcat RàkospHlota.

Leslocomotivesde Miirren pèsent 7 200 kg. et développent nueffort maximum de 2000 kg. Ces machines Fonclionnent fort bien, mais il est certain qu'aujourd'hui on devrait employer de préférence pour assurer ces services, qui ne diffèrent pas d'un service de tramway, des voitures automobiles et des voitures d'attelage, comme l'a fait d'ailleurs, à la même époque, la Compagnie de l'Industrie électrique sur les lignes similaires de Chavornay-Orbe,de Standstadt- Stans, etc.

IjKOmotives récentet. — Plus récemment, la maison Sieineiu und ffalt/ce a construit quelques locomotives pour manœuvres de gare, notamment pour Sérajévo etPotsdam (1895).

La locomotive de Sérajévo (fIg. 38t), du poids de 7,5 1., à roues de 0,70 m.,

LA TBACTION ELECTRIQUE

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES

a ses deux essieux commandés chacun au moyen de chaînes de Galle par un moteur de 20 chev., et elle développe un effort normal de 1000 kg. à la jante, à la vitesse de 5 m. par seconde; cette machine est affectée au service des marchandises, entre la gare de la ville et la gare aux marchandises, sur une distance de 3 km. ; elle remorque environ 30 wagons par jour et les résultats sont des plus satisfaisants.

A Potsdam, la machine (flg. 385), qui sert simplement à conduire les voitures dans les ateliers de réparation, ne comporte qu'un moteur de 10 chev. attaquant l'un des essieux par engrenages à double réduction ; les quatre roues de 1,10m. sont accouplées par bielles; la machine exerce à la jante des roues un effort normal de 400 kg. à la vitesse de 0,55 m. par seconde et de 1400 kg. à la vitesse de 0,2 m. : s.

Enfin la maison Ganz et O^ de Budapest a établi de bons types de locomotives à faible puissance pour des chemins de fer locaux, tels que ceux de Miscolcz, Budapest-Neupest-Ràkospalota, etc.

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Plan du châssis.

Fig. 387. — Locomotive de la ligne Budapest-Neupest. — Détails.

Les figures 386 et 387 représentent les dimensions et le mode de construction de la locomotive de 50 chev. en service sur la ligne à voie normale de Budapest-Neupest-Râkospalota ; elle est formée d'un châssis à deux essieux moteurs surmonté d'une cabine fermée pour le mécanicien.

Une locomotive plus petite du même type, pour voie de 0,60 m. et d'une puissance de 20 chev. seulement, a été employée pour le service de l'Exposition millénaire de Budapest, en 1896.

Premiers essais de traction sur les grandes lignes. — A côté de ces premières applications exécutées sur une petite échelle, divers essais ont été poursuivis pour la réalisation de la traction électrique de trains normaux sur les grandes lignes de chemins de fer ; ils se sont poursuivis à la fois en Europe et en Amérique ; mais, dans ce dernier pays, les types essayés peuvent être consi*

dérés comme actuellement encore utilisables, et ils trouveront leur description au paragraphe 3.

Nous ne parlerons donc ici que des essais entrepris en Europe jusqu'à ces dernières années. Ils ont été exécutés par quelques compagnies de chemins de fer, notamment les Compagnies du Nord français, du P.-L.-M., de l'Etat belge, etc. En général, dans ces recherches, on a eu recours à des accumulateurs comme source d'électricité, non pour en faire un procédé définitif, mais uniquement pour éviter rétablissement coûteux d'un conducteur expérimental de prise de courant le long de la voie parcourue.

Ces divers essais n'ayant guère eu pour objet et pour résultat que de permettre à ceux qui les ont entrepris d'étudier les propriétés et le mode d'emploi des moteurs électriques, nous n'en dirons que quelques mots, renvoyant pour les détails à un remarquable et très documenté mémoire de M. Auvert*, et aux notes qui l'accompagnent ^.

Locomotive du Nord, — La Compagnie du Nord se préoccapaît, lorsqu'elle a conslruit sa locomotive, de préparer Texploitation par trains légers des voies souterraines projetées pour prolonger ses lignes dans Paris. Cette machine avait été réalisée en adaptant des moteurs électriques au châssis d'une ancienne locomotive à 3 essieux, chargé d'une batterie d'accumulateurs de 1800 amp. h. (80 éléments de 143 kg.), pesant 19 t.

Les deux essieux extrêmes, seuls moteurs, étaient actionnés par 4 dynamos Bréguet, de 30 chev. chacune, placées en porte-à-faux sur les prolongements des fusées en dehors des roues et couvertes d'enveloppes en zinc ; ces machines étaient de l'ancien type bipolaire à pôles conséquents qui a figuré dans les premières locomotives d'Europe et d'Amérique, avec induits en anneau calés directement sur l'essieu ; les inducteurs, centrés sur l'essieu par des coussinets, étaient suspendus au ch&ssis par des ressorts portant la plus grande partie de leurs poids.

Les appareils de réglage placés sur la locomotive permettaient de modifier l'excitation des inducteurs, faite séparément par 4 accumulateurs, et le couplage des éléments de la batterie ; un inverseur et un commutateur de court-circuit, réalisant le freinage électrique, complétaient cette installation ; on réalisait la récupération de l'énergie aux descentes.

L'ensemble de cette locomotive pesait 46 t.

* Rapport sur la question VIII {Traction Electrique)^ pFésenté au Congrès international des chemins de fer, Londres 1895, par M. Auvert, ingénieur des chemins de fer de Paris- Lyon-Méditerrance.

* Note par Tadministration des chemins de fer de TOaest français. Note par radministration des chemins de fer du Nord français. ,

Note par M. Ernest Gérard, ingénieur des chemins de fer de TÉtat belge.

Oa remarquera que la disposition très iagénieuse des moteurs, qui constitue la partie origiuaJe de cette locomotive, rnrçait malheureusement à en doubler le nombre, ne leur donnait qu'un emplacement restreint, les exposait à des avaries et empêchait d'accéder Tacilement aux boites à graisse. Nous n'insisterons pas sur ce défaut, car tout le monde reconnaît aujourd'hui la nécessité de loger les moteurs dans le truck et non en dehors.

Locomotive deVOvett. —La Compagnie de l'Ouest a fait en 1894 des essais de traction électrique à grande vitesse au moyen d'une première locomotive Heilmano (dite la • Fusée •) qui ne difTéraii des locomotives actuelles du même inventeur, décrites plus loin, que par la puissance plus faible et la disposition dilTérenlc des appareils à vapeur et électriques '. Celte machiae, cons- Irnite par les Forges et Chantiers de la Méditerranée pour la partie mécanique et par Brown, Boveri et C" pour la partie électrique, donna lieu è. des essais plus complets qu'aucune des précédentes et fit un service régulier de plus de 2O0O km.

Les résultats parurent assez satisfaisants aux intéressés pour que la compagnie < la Traction Electrique », qui exploite les brevets Heilmann,

Fig. 3S8. — Locomotive Heilmann. — Schéma d'ensemble.

construisit, en vue de nouveaux essais sur le même réseau, deux nouvelles machines plus puissantes, pour lesquelles on a tenu compte des enseignements fort intéressants de cette première expérieuce. La ligure 388 donne une idée d'ensemble de ces machines, que nous décrivons plus loin avec détails; nous ne les signalons ici que pour mémoire.

Locomolivede CÉlat belge. — L'administration des chemins de fer de l'Etat belge a fait, en 1894, des essais analogues h. ceux de la Compagnie du Nord, en vue d'étudier la propulsion de voilures automobiles ou de trains légers à des vitesses de 20 à SO km. : h. Sa locomotive d'expérience était formée d'un truck h 3 essieux et d'une caisse, contenant provisoirement des accumulateurs, mais qui devait, dans ta suite, être utilisée en partie à recevoir une charge

* La machine, du type Bronn, clait horizonUile, k deuT cylindres placés transversalement i, ta voie, avec maniTelles calées à 180° et jianics mobiles rigoureusement équilibrées. Elle dcveloppait seulement t5U chev. Les nouvelles niacbiiieï sont du type Willang à e cylindres venicaui et déTeliippent lilW chev. indiqués. Il n'y amlqn'une dynamo généralrice au lieu de deux actuellemenl.

hti chaudière était du type Lenlx; la chaudière actuelle est du type locomotiia ordinaire. Enfln les moteurs électriques L arbre creux reposaient sur l'essieu par des paliers avec un matelas de xi'oodite qui a donne de mauvais résultats et a dû être supprimé ; dans les nouvelles locomotives, on a adopté le dispositif Raffard (voir p. 9), en laissant une complète indépendance à l'essieu.

428 LA TRACTION ELECTRIQCE

utile. L'ecsien ceotnd était simplemeat porteur; les essienxXeztrémes étaient

munis chacun d'un moteur télrapolaire à commande directeet k arbre creux.

semblable à ceux des locomotives Thomson -Houston de 30 t. exposées & Chicago en 1893 et décrites au paragraphe 3 de ce chapitre.

L'inducteur était suspendu à deux feuilles de ressorts montées au-dessna des ressorts de suspension.

L'excitation était faite en dériv&tioD ; la force électromotrïce de la batterie était maintenue k 500 volta, de foçon que les conditions de fonctionnement fussent les mêmes que dans le cas de l'alimentation directe par ligne aérienne.

Fig, 3W. — LocomotiTe d'essai du P.-L.-M, — Détails d'un moteur.

La régulation se faisait par le couplage < série et parallèle > des induits et par un rhéostat d'excitation en fil de nickeline.

La puissance atteignait 100 chev. aux vitesses supérieures h 40 km. : h. et le poids de la voiture était de 14,5 t., sans compter les 10 t. d'accumulateurs employés pour les essais.

Bien que peu puissante, celte locomotive, établie par M. Ernest Gérard, était bien étudiée et présentait des dispositions rationnelles.

Locomotive du P.-L.-M. — La Compagnie P.-L.-M. s'est depuis longtemps préoccupée de la traction électrique, et, dès 1892, M. Bonneau^ ingénieur des Ponts et Chaussées, sous-chef de l'exploitation, avait établi, avec le concours de M. Desroziers, un projet de locomotive électrique à grande vitesse * dont il proposait remploi sur les lignes métropolitaines et dans les longs souterrains. Celte machine devait comporter deux paires de roues motrices de 2,30 m. de diamètre, commandées directement par des dynamos Desroziers à induit calé sur Tessieu ; ce type de dynamo avait paru séduisant à cause de la légèreté de rinduit,en forme de disque ; mais, pour ceux qui le connaissent, il est douteux qu'il eût pu fournir une longue carrière sur une ligne de chemins de fer, si la machine avait été exécutée.

Une locomotive d'essai, plus robuste, a été construite par la même compagnie sur les plans de M. Auverl, ingénieur de la traction, avec le concours de la maison Sautler, Harlè et C* pour la partie électrique. La figure 389 en représente la coupe et la figure 390 donne les détails d'un moteur. Comme on le voit, sur les trois essieux de la locomotive, il n'y en a que deux qui soient moteurs; chacun est actionné par un moteur de 125 chev. à commande directe, encore du lourd type bipolaire à pôles conséquents. La suspension des inducteurs est originale et diffère de celle adoptée généralement dans les cas analogues ; les deux électrosà noyaux d'acier doux en fer à cheval sont articulés autour des fusées au moyen de demi-cadres indépendants, partant des culasses et aboutissant à l'essieu, l'un par deux coussinets, l'autre par deux demi-colliers appliqués contre ce coussinet par un système de bielles, de balanciers et de ressorts à boudin. Chaque électro-aimant repose par des ressorts sur les extrémités de deux bielles fixées à un balancier, suspendu lui-même au châssis par une tige à ressort.

Ce système permet une déformation du système inducteur, tout en le maintenant bien centré sur l'essieu et en déchargeant celui-ci de tout le poids des inducteurs ; on eût pu arriver au même résultat plus simplement par le procédé employé à Liverpool (p. 138), mais le dispositif du P.-L.-M. a l'avantage de réduire au minimum la masse des parties solidaires de l'essieu.

L'induit, monté sur un croisillon calé sur l'essieu, est du type Brown, à 148 barres de cuivre aplaties, logées dans les perforations ovales d'un noyau en tôles empilées ; il a 0,65 m. de diamètre et 0,54 m. de longueur, et est muni de deux collecteurs en acier à 74 éléments, un de chaque côté, auxquels les barres sont connectées par des développantes en cuivre.

L'entrefer a été porté à 19 mm. pour réduire la réaction d'induit, déjà diminuée du reste par la coupure des inducteurs (p. 163) ; l'intensité du champ à pleine charge y est de 6 500 unités C. G. S.

A la vitesse de 500 tours, chaque moteur développe à la jante une puissance de 11 100 kgm. : s. avec un rendement de 92 p. 100.

Le courant nécessaire à la marche de la locomotive était fourni pour les

* "Elude sur la traction électrique des chemins de fer, Paris, 1892.

essais par une batterie de 28 tonnes placée sur un fourgon jouant le rôle de tender ; celle-ci était divisée en deux groupes pouvant être couplés en série ou en parallèle, de même que les moteurs ; la régulation de vitesse était produite au moyen de ces couplages variables et complétée par l'emploi d*un rhéostat de démarrage à liquide.

Cette locomotive présente, comme on le voit, des dispositions ingénieuses, et Texécution remarquable de la partie électrique fait honneur aux constructeurs.

On doit regretter seulement que l'emploi des moteurs bipolaires, au lieu de moteurs multipolaires, ait conduit à des dispositions assez compliquées et à un poids relativement élevé. Chaque moteur ne pèse, en effet, pas moins de 7 800 kg. (plus de 60 kg. par cheval, au lieu de 15-20 kg. indiqués plus haut pour les moteurs américains) et la locomotive entière pèse 36 t., soit 144 kg. par cheval, au lieu du chiffre de 50 qu'on trouvera plus loin pour les locomotives américaines \

D'après ce qu'on vient de voir, les chemins de fer européens n'en sont encore, en fait de traction électrique par alimentation directe, qu'à la période des tâtonnements, et leurs types sont fort en retard sur l'expérience américaine.

Cette stérilité de recherches cependant très sérieuses et très méritoires provient, croyons-nous, pour la plus grande part, de ce qu'on n'a pas encore trouvé ou cru trouver sur les réseaux européens l'occasion d'appliquer dans des conditions financières satisfaisantes le nouveau mode de traction ; les expériences ont conservé, par suite, un caractère théorique et accessoire peu favorable au progrès pratique. Pendant ce temps, les grandes compagnies de construction américaines, profitant de l'expérience acquise sur les tramways, ont établi des types de locomotives électriques rationnels, qui paraissent approcher de la solution définitive du problème et dont nous nous inspirerons dans ce qui suit.

§ 2. — Dispositions des loco3iotives modernes

Généralités. — On doit, dans la construction d'une locomotive électrique, faire abstraction complète des dispositifs de la locomo-

* Nous ne comptons pas naturellement la batterie d'accumulateurs de 3 700 kg. avec ses accessoires, destinée à Tezcitation des inducteurs.

tive à vapeur : à un problème nouveau, il faut une solution nouvelle et dégagée de tout préjugé.

S'il y a des exemples de construction à chercher, c'est aux automobiles électriques qu'il faut les demander, en tenant compte de la différence des puissances en jeu, et non aux locomotives à vapeur.

Les moteurs électriques se différencient en effet des moteurs à vapeur sur trois points importants, que nous développerons avec plus de détails au paragraphe 4 ci-dessous : d'une part, ils sont beaucoup plus légers et moins encombrants pour la même puissance, à condition, bien entendu, qu'ils soient considérés seuls, indépendamment des machines productrices du courant électrique ; d'autre part, ils donnent directement un mouvement de rotation au lieu d'un mouvement rectiligne alternatif; enfin ils permettent de subdiviser la puissance motrice entre autant d'appareils moteurs qu'on le désire sans augmentation bien sensible du poids total.

Il en résulte que les moteurs électriques peuvent être placés au voisinage immédiat des essieux et rester contenus aisément dans le truck, à la seule condition qu'on adopte un nombre convenable d'essieux moteurs. On peut donc considérer comme une erreur de construction toute locomotive dont les moteurs seraient disposés au-dessus du châssis, sauf dans quelques cas particuliers, tels que celui des locomotives destinées à la traction sur des voies exceptionnellement étroites (mines, chantiers, lignes de montagne à crémaillère etc.).

Une locomotive rationnelle pour le service ordinaire des chemins de fer peut être réduite à un châssis reposant sur un nombre d'essieux moteurs suffisant pour réaliser le poids adhérent nécessaire ; ce châssis, dont nous étudierons plus loin la construction, doit être assez robuste pour assurer la même résistance que ceux des locomotives actuelles aux efforts sur les longerons et les plaques de garde.

De même que dans les automobiles, les essieux peuvent être reliés au châssis d'une manière rigide ou jouir d'une certaine convergence et d'un déplacement latéral ; ils peuvent être isolés ou groupés par deux, trois et même quatre, de manière à constituer des trucks articulés ou bogies.

Au-dessus de ce châssis, il n'y a plus ni chaudière, ni approvi-

sionnements encombrants à porter, comme dans une locomotive à vapeur ; il faut seulement réserver un logement pour le mécanicien et les appareils de commande ; mais, comme la place nécessaire est très restreinte, il suffit d*une simple cabine.

Dans les premières locomotives modernes, on s'est borné à cette disposition. Mais il est beaucoup plus rationnel d'utiliser la place restante pour y loger, dans une véritable caisse, soit des marchandises, soit des voyageurs, comme on le fait dans les types récents, en constituant ce que nous avons appelé une voilure locomotrice.

L'emploi d'une locomotrice-fourgon est tout indiqué pour les express des grandes lignes, où des fourgons à bagages sont nécessaires ; elle a l'avantage d'éviter aux voyageurs la proximité des moteurs et du mécanicien*, et de mieux spécialiser la locomotive.

L'emploi d'une voiture locomotrice à voyageurs est au contraire seul possible sur les trains métropolitains ou les trains de banlieue où l'on n'admet pas de bagages enregistrés.

Cette utilisation de la machine comme véhicule porteur est d'autant plus avantageuse qu'elle augmente l'adhérence sans accroître le poids mort. Il est à remarquer en effet que les locomotives électriques, étant très légères relativement à l'effort de traction qu'elles peuvent être appelées à développer sur de fortes rampes ou aux démarrages, risqueraient, sur certaines lignes, de ne pas tirer complètement parti de leur puissance si l'on n'en lestait pas le truck moteur; pour obtenir ce résultat, on a été obligé, dans certains cas, particulièrement pour les locomotives à simple cabine, de placer sur le châssis un plaletage en tôle renforcé ou même une charge de saumons de fonte. Nous en avons donné un peu plus haut un exemple à propos des locomotrices du Metropolitan West Side R. R. de Chicago ; on en verra d'autres plus loin.

Il est assez difficile, d'après ce qui précède, de maintenir une distinction bien nette entre les automobiles de grandes lignes et les voitures locomotrices^ car tous les intermédiaires sont possibles.

* Il est probable, du reste, que peu de voyageurs aimeraient à monter dans le wagon de tête d'un train, de peur de tamponnement ; ce wagon resterait donc inoccupé. Quant au mécanicien lui-même, il aurait aussi un sentiment plus grand de sécurité si on le mettait dans une cabine au milieu du châssis plutôt qu'à Tarant d'un fourgon.

LA THACTION ELECTRIQUE

suivant les conditions d'exploitation réalisées. On peut cependant définir, comme nous l'avons fait plus haut, voilure locomotrice, toute voiture qui remorque un train équivalent à ceux que remorqueraient sur les mêmes lignes des locomotives à vapeur ; à ce point de vue, on peut classer parmi les locomotives les grandes voitures à voyageurs du pont de Brooklyn et celles des métropolitains de Chicago, les fourgons et voitures motrices de la ligne de Nantasket Beach, les voitures électriques en service sur l'em-

Fig. 39Ï. — VoUure locomotrice du Noi-folk and Océan 'Wiciv U. R.

branchement de Burlington à Mount llolly, celles du Norfolk and Océan View R. R., celles du Columbia and Maryland R, R., etc.

De bons exemples de ce genre de voiture sont offerts par les figures 391 et 392, qui représentent, la première un train express de la ligne de Nantasket Beach, traîné par un fourgon à i moteurs de 123 chev., et la seconde une locomotrice de 32 t. à 4 moteurs de 50 chev. remorquant un train de charbon de 135 t. sur le Norfolk and Océan Wiew R. R.

Ces voilures locomotrices et les locomotives ne diffèrent des automobiles précédemment décrites que par les dimensions, la puissance motrice et la construction plus robuste des trucks ; nous

examinerons leurs dispositions successivement au point de vue du choix des moteurs et de la transmission du mouvement, puis à celui de la construction des trucks, et nous compléterons cet exposé par des exemples des principaux types en service ou susceptibles d'Atre employés à Theure actuelle.

Adaptation des moteurs électriques aux locomotives. — Les indications générales données aux chapitres iv et v trouvent ici leur application presque sans changement. Nous avons cependant à faire quelques remarques spéciales au cas actuel.

On a vu que les moteurs à commande directe ne peuvent travailler avantageusement sur les automobiles qu'à des vitesses supérieure à 70 km . y parce qu'au-dessous de cette valeur ils présentent un poids exagéré, et nous en avons critiqué, à ce point de vue, remploi sur les métropolitains malgré la grande simplicité qui en résulte pour le matériel. La même considération s'applique aux locomotives de grandes lignes tant qu'elles peuvent réaliser sans lest une adhérence suffisante ; ce n'est que dans le cas de locomotives destinées à remorquer des trains de marchandises lourds, ou sur de fortes rampes, qu'un poids élevé de moteurs peut être sans inconvénient au point de vue du rendement de la traction, parce qu'il conduit simplement à réduire le lest sans que le poids mort en soit modifié. Cette condition s'est présentée, par exemple, pour les locomotives électriques qui remorquent les trains de marchandises du Baltimore and Ohio R. R. dans la traversée souterraine de la ville de Baltimore, et elle a pu justifier, dans une certaine mesure, l'adoption sur celles-ci des moteurs «gearless» malgré la faible vitesse des trains remorqués.

Mais il ne faut pas oublier, même dans ce cas, qu'un moteur lourd coûte plus qu*un moteur léger, et que la difTérence des prix est hors de comparaison avec le coût d'un lest en saumons de fonte. D'après feu D. L. Barnes, ingénieur des ateliers Baldwin, une locomotive (( gearless » coûterait, à puissance égale, trois fois plus qu'une locomotive à engrenages, et la suppression des frais d'entretien des engrenages ne suffirait certainement pas à compenser dans l'exploitation cette difTérence de prix d'achat. Nous ne croyons pas toutefois que cette assertion soit exacte dans le cas où une

forte adhérence est nécessaire, car, à poids égal supporté, les trucks coûtent le même prix et la différence entre les prix des moteurs seuls ne peut conduire à des écarts aussi élevés entre les prix totaux.

Nous admettrons donc que les moteurs « gearless » peuvent être appliqués rationnellement aux locomotives électriques dans deux cas fort différents : 1^ pour les trains à grande vitesse ; ils sont même seuls rationnels au delà de 70 km. -h. ; 2*^ pour les trains de marchandises exigeant une forte adhérence ; dans ce cas ils peuvent être acceptables suivant les circonstances; mais, comme nous le dirons plus loin, la traction électrique ne paraît pas destinée à cette application en dehors de cas exceptionnels comme celui du tunnel de Baltimore.

Partout ailleurs, l'emploi des engrenages est la solution rationnelle ; du reste, même dans les cas précédents, elle est quelquefois préférée par de grandes maisons de construction, telles que les ateliers Baldwin, pour des motifs d'ordre pratique déjà donnés plus haut (p. 139).

Le diamètre des roues n'est pas limité pour les locomotives et les locomotrices par les considérations d'accessibilité qui imposent des limites pour les automobiles (p. 104); rien n'empêche donc, pour réaliser des locomotives très puissantes, d'employer de grandes roues comparables à celles des locomotives à vapeur, qui dépassent souvent 2 m. pour les express, et d'adapter à chaque essieu des moteurs de dimensions correspondantes ; c'est ainsi que sur les locomotives de Baltimore l'emploi de roues de 1,575 m. a permis de réaliser, avec quatre essieux moteurs commandés directement, un effort de traction normal de 18 000 kg., tandis qu'avec huit essieux moteurs et des roues de 1,15 m., la locomotive Heilmann développe seulement un couple moteur maximum de 10 000 kg.

Au point de vue de la simplicité, la première solution est préférable à la seconde; en outre, elle donne, à puissance égale, des bogies ayant un moindre empattement total que les bogies à huit roues. Ceux-ci ont, par contre, l'avantage de répartir plus uniformément la charge sur la voie ^

* L'emploi de 2 trucks dans la locomotive Heilmann au lieu d'un seul dans les loco

Mais, d^autre part, les dimensions des moteurs sont limitées indirectement par la considération du voltage de la ligne de distribution. En effet les moteurs à grande vitesse, à une seule spire par encoche, donnent une f. é. m. proportionnelle au nombre d*encoches et à la longueur de Tinduit ; on ne peut donc augmenter les dimensions de celui-ci au delà d'une certaine limite qu'au prix d'une augmentation proportionnelle de la tension de distribution ; si elle est impossible, on devra prendre un plus grand nombre de moteurs plus petits. On peut, il est vrai, bobiner les sections d'induits en parallèle et non en série ; mais on a vu plus haut (p. 178) que ce bobinage présente des inconvénients parles efforts dissymétriques auxquels il peut donner lieu.

En général, on peut considérer le nombre de quatre ou six essieux moteurs comme très suffisant pour les plus puissantes locomotives qu'on ait à construire actuellement. Pour 400 chev. et au delà, l'emploi de quatre essieux moteurs est avantageux ; ces essieux n'ayant pas besoin d'être reliés d'une façon rigide au châssis comme les essieux moteurs des locomotives à vapeur, il parait en outre recommandable de répartir les quatre trains de roues entre deux bogies, pour faciliter le passage des courbes et diminuer la fatigue de la voie. Au-dessous de 400 chev., deux essieux moteurs peuvent parfaitement suffire ; mais il vaut mieux, encore dans ce cas, pour la douceur du roulement, conserver le type à bogies jusqu'à 200 chev. environ; au-dessous de ce chiffre, un simple châssis à deux essieux suffit.

En aucune circonstance l'emploi d'essieux simplement porteurs n'est justifié, car il réduirait inutilement l'adhérence, déjà faible pour les locomotives à alimentation extérieure.

Au point de vue du mode de suspension, les principes exposés au chapitre iv restent applicables et l'on ne saurait trop recomman der, croyons-nous, de réduire au minimum le poids porté par les essieux sans interposition de ressorts et aussi, comme nous l'avons déjà expliqué (p. 130 et 134), la masse solidaire de l'essieu ; celle-ci joue en effet le r61e d'un véritable marteau oscillant sous l'action

motiyes à Tapeur était d'ailleurs jostifiô, dans le cas considéré, par la nécessité de loger au-dessus du châssis une chaudière de grande section sans dépasser le gabarit de la voie.

de ces ressorts. A ce point de vue, les meilleurs dispositifs sont ceux du moteur Walker pour les appareils à engrenages et du tube creux pour les moteurs sans réduction.

Quelques auteurs*, faute d^avoir reconnu la possibilité de réduire cette masse, ont voulu faire abandonner la suspension élastique au profit d'essieux fixés rigidement aux trucks. Dans ce cas, évidemment, il n'y a pas de martelage produit individuellement par chaque essieu, les roues quittant la voie lorsqu'elles se trouvent au droit d'une dépression ; mais le martelage par Tensemble de la locomotive peut prendre des valeurs très élevées et occasionner à la voie une fatigue considérable ; on doit donc, croyons-nous, préférer les dispositifs que nous venons d'exposer*.

Construction du châssis. — Dans le cas d'essieux rigides, le châssis des locomotives électriques est constitué absolument comme celui des locomotives à vapeur. Il comporte de même des longerons très robustes, servant à maintenir le parallélisme des essieux et à transmettre au crochet d'attelage la traction longitudinale due à l'effort moteur, qui s'exerce sur eux par Tintermédiaire des glissières des plaques de garde. Ces longerons, qui se font généralement en tôle d'acier, sauf aux États-Unis où l'on emploie de préférence des barres de section rectangulaire, doivent être entretoisés aussi solidement que possible, la rigidité du châssis étant indispensable à sa durée et à la bonne conservation des organes moteurs.

La suspension sur les boites à huile est réalisée, comme à l'ordinaire, au moyen de ressorts à lames maintenus en leur milieu par une bride, qui s'appuie sur le dessus de la boite ou est suspendue par-dessous ; ces ressorts reçoivent la charge par Tinter-

* Cf. Henry, Street Railway Journal, janvier 1897; Emery, Amer. Inst. El. Eng.^ octobre 1896.

• D'autres auteurs, en particulier M. Emery {loc. et/.), estiment qu'il faut renoncer à monter les moteurs sur les essieux et les placer en dehors de ceux-ci, à l'arrière ou à l'ayant du châssis, en les réunissant aux roues par des bielles motrices comme dans le système Eickemeyer-Field (p. 135); ils conseillent même de reproduire complètement les dispositions générales de la locomotive à vapeur, en remplaçant simplement les cylindres par des moteurs électriques de puissance équivalente et en conservant un bogie moteur à l'avant. Pour nous, une pareille disposition, qui ferait perdre k la locomotive électrique sa simplicité et sa souplesse, serait un véritable contresens, diaprés tout qui précède; nous ne la signalons donc que pour mémoire.

médiaire de menottes ou de tiges de suspension articulées sur les longerons ; ces dernières sont souvent munies d'écrous de réglage permettant de charger plus ou moins chaque ressort et de répartir convenablement le poids. Les figures 383, 387, 389 montrent des exemples de ce mode de suspension.

Pour soustraire la répartition du poids sur les essieux aux perturbations résultant des inégalités de la voie ou du défaut de réglage des ressorts, on se sert avantageusement des balanciers de répartition, qui sont, comme on le sait, de simples leviers, articulés au châssis vers le milieu et chargeant les extrémités des ressorts voisins. En faisant, par cette méthode, reposer le poids de la machine sur les axes des balanciers, on réduit le nombre des points d'appui, au grand avantage de la stabilité. C'est ainsi que, dans la locomotive à quatre essieux moteurs de Sprague, Duncan et Hutchinson, décrite plus loin (page 460), on a pu, en accouplant deux à deux les ressorts des deux essieux extrêmes, n'avoir que quatre points d'appui au lieu de huit.

Les locomotives à essieux rigides ne peuvent s'inscrire dans les courbes que grâce au jeu ménagé d'une part entre les essieux, les boîtes et leurs glissières, de l'autre entre les boudins des roues et les rails. Lorsque le rayon des courbes descend au-dessous d'une certaine limite, on est obligé de recourir à des dispositions spéciales qui permettent aux essieux de se déplacer transversalement et de converger en courbe. Dans ce cas, l'accouplement par bielles de tous les essieux n'est plus possible et l'on se trouve conduit à attaquer chacun d'eux par un moteur séparé ou tout au moins à les répartir en groupes d'essieux accouplés, commandés d'une façon indépendante.

Les dispositifs usités sur les locomotives à vapeur pour donner aux essieux porteurs un jeu latéral ou un mouvement de convergence, tels que les boîtes à plans inclinés, les bissels, les boîtes radiales, pourraient s'appliquer sans grande difficulté aux essieux moteurs des locomotives électriques. Mais on préfère de beaucoup, pour celles-ci, les trucks articulés, qui non seulement permettent d'augmenter l'empattement et la stabilité sans nuire à la facUe inscription dans les courbes, mais encore diminuent dans une large mesure la fatigue de la voie et l'usure de la machine. Afin de pou-

voir marcher indifféremment dans les deux sens, les locomotives électriques sont montées sur deux bogies semblables, absolument comme les voitures du type américain. Ces bogies se font à 4, 6 et même 8 roues.

Les trucks articulés employés sous les locomotives électriques se rapprochent davantage, comme disposition générale, de ceux des wagons que de ceux des locomotives à vapeur. La locomotive électrique rationnelle étant appelée à porter, suivant les cas, des voyageurs ou des marchandises, la suspension de ses bogies doit être aussi douce que celle d'une voiture ordinaire ; mais, en même temps, ils doivent être construits au moins aussi solidement que des bogies de locomotives, en vue du rôle spécial de remorqueur qu'ils ont à remplir.

Les plaques de garde, les longerons et la traverse médiane du bogie notamment ont à transmettre à la crapaudine tout Feffort de traction dû aux moteurs. Le couple de torsion produit par Tattaque des deux essieux en deux points diagonalement opposés, et qui tend à déformer le châssis, atteint, avec les gros moteurs employés sur les locomotives, des valeurs considérables et nécessite un contreventement très robuste des longerons, dont les assemblages avec les entretoises doivent être consolidés au moyen de renforts d'angle, cornières, etc. Les glissières, boîtes à huile, coussinets, doivent présenter des surfaces de portage suffisantes et être disposés de manière à résister aux chocs qu'ils reçoivent sans perdre leur alignement.

La charge est ordinairement transmise au bogie par un pivot placé en son centre de figure et se répartit également entre les roues.

La figure 393 montre le type de truck articulé à 2 essieux spécialement étudié en vue de cette application par les Ateliers Baldwin, de Philadelphie. Les longerons sont assemblés avec les entretoises au moyen d*équerres complétées par de forts goussets ; ils reposent sur les boites par Tintermédiaire de ressorts à lames, à jeu limité. La crapaudine est portée par une traverse oscillante guidée par les deux entretoises et suspendue au châssis par d'autres ressorts à lames et par des menottes.

Pour permettre d'accéder facilement aux différentes parties du truck et de démonter les essieux et les boites sans lever le truck, la branche extérieure des plaques de garde est mobile autour d*une charnière horizontale ; eUe est maintenue à sa partie inférieure par un boulon, qui Tempéche de s'ouvrir sous la pression de la boite et qu'on retire lorsqu'on veut faire sortir l'essieu. La

traverse osciltanle et les ressorts peuvent de même être retirés sans toucher au reste du Iruck. Les freias sont disposés de manière à ne pas géaer le démontage de la traverse et des moteurs. Ces derniers sont suspendus de telle sorte qu'on puisse les enlever sans avoir à démonter la traverse oscillante, les fVeins, ni les essieux.

L'exécution de ces irucks est aussi soignée que celle des locomotives à va-

Fig. 393. — Détails d'un truck articulé Baldwio-Wealinghouse, équipé avec 3 moteur! <l« 100 cbev.

peur. On peut leur ajouter des bielles d'accouplement, la résistance des différentes pièces étant calculée en conséquence.

Le modèle représenté par la figure J94 est destiné à des locomotives à quatre moteurs de 100 ou 300 cliev. ; les roues peuvent avoir jusqu'à 1,30 m. de diamètre, pour un empattement de 3,30 m.

Les figures 393 et 393 représentent un truck de voiture locomotrice à quatre

L bofifl d*ensr«D«f«A élanl «u

moteurs de 50 ou 100 chev. ; on peut porter le diamètre des roaes à 0,9S sans dépasder 1.83 m. d'empattement.

Fig. 39S. — Track des locomotrices de Nantasket Be«ch (Ateliers Buldwin).

Vn pir boul.

Fig. 307. — Truck articula UcOuire ( • L ■ truck).

La figure 396 montre un autre modèle de la maison Baldwin, qui se rapproche

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES U&

davantage du type américain ordinaire parla disposition de sa suspension et celle des balanciers latéraux servant k la transmission de la charge aux

boites. Seulement les longerons, qui n'ont d'habitude d'auire rôle que de maintenir l'écartement des essieux, servent ici à transmettre le mouvement de translation des essieux au pivot, et on les a. renforces en conséquence.

D'après les renseignements qui nous ont été fournis par les constructeurs, le premier modèle représenté (fig. 394) pèse, sans roues ni moteurs, mais avec ees essieux, 4 800 kg. environ; son prix approximatif, en Amérique, est da

3 250 h-. Le second {llg. 395) pèse 3 200 kg. et coûte 26S0 fr, daDS les mâmes conditions. Enlin le troisième (flg. 396) pèse 3 000 kg. et coâte S 100 fr.

Fig. 399. — Bogie de» locomotrice» du Melropolilan West Side R. R. Nous citeroQs encore, comme exemple de truck articulé pour locomotives

Plan et coupe boriioDlale.

- LocomoliTB Heilmwin, — Bogie de U • Fu»ée •,

électriques, le iruck McGtiire (fig. 397), qui est employé sous les voitures locomotrices du pont de Brooklyn, du Lake Street Elevated Ratlway de Chicago,

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES U7

du Norrolk ftad Océan View R. R., etc. Il présente les mêmes caractères ginérauE qae le Inick articulé du même fabricant que nous avons déjà décrit

(p. 286), mais avec une construction beaucoup plus robuste. 11 comporte deux balanciers latéraux à double flasque, reposant sur les boîtes à huile par des ressorts à boudin et reliés transversalement par des entretoises qui supportent les moteurs. Deux forts longerons en fonte malléable, faisant corps avec les

plaques de garde, sont réunis par une traverse maîtresse portant la crapaadine, et le tout est soutenu par deux paires de ressorts en hélice appuyés sur les balanciers et par deux paires de ressorts à lames suspendus par des menottes inclinées aux deux entretoises inférieures. Cette disposition a pour but, tout en laissant au truck un certain jeu latéral (57 mm.), de réaliser la transmission directe et rigide de Teffort moteur à la crapaudine. Ce truck peut, avec des roues de 0,84 m. et un empattement de 1,68 m., recevoir deux gros moteurs de 125 chev.; la figure 398 le représente muni de moteurs de 50 chev. Il pèse 4 500 kg. et coûte 1 625 fr.

Enfin, nous donnons (fig. 399) Télévation d'un truck moteur du Metropolitan West Side R.R. de Chicago. Il est construit à peu près comme un bogie de locomotive ordinaire, mais avec une suspension plus parfaite.

Comme exemple de truck articulé à plus de deux essieux, nous citerons les bogies à huit roues de la locomotive Heilmann (fig. 400 et 401). Leurs longerons, formés chacun de deux flasques de 12 mm., rivées sur un cadre en acier forgé, sont réunis par une entretoise en acier coulé qui porte le pivot et par deux entretoises en tôle et cornières placées de.chaque côté de la première.

Le premier modèle (fig. 400), employé primitivement sous la < Fusée » électrique, a été transformé depuis en châssis de locomotive à huit roues pour la ligne de Saint-Germain. Le second (fig. 401) n*en diffère que par quelques détails.

La principale difficulté de la construction consistait à répartir également la charge entre les quatre essieux. Pour y parvenir dans la mesure du possible, on les a réunis deux à deux par des ressorts longitudinaux qui tiennent lieu de balanciers et, en outre, on a fait reposer la machine sur chaque bogie par rintermédiaire de deux genouillères sphériques, placées dans un plan perpendiculaire à la voie et qui contient aussi le pivot ; le truck peut ainsi osciller autour d'un axe horizontal perpendiculaire à la voie, ce qui tend à donner une égale répartition de la charge sur les essieux.

§ 3. — Description de quelques types modernes pour grandes lignes de chemins de fer

Oa a vu plus haut au paragraphe 1 de nombreux exemples de petites locomotives destinées à des services secondaires, soit à la traction de trains légers sur les lignes industrielles ou les lignes d'intérêt local, soit aux manœuvres de gare. Les plus récents de ces types,notamment ceux de la maison Ganz, dont les dispositions sont excellentes, continuent à être construits pour des cas analogues. Nous ne reviendrons donc pas sur leur description ; ils ne présentent pas du reste un intérêt bien spécial, car ils ne différent guère des automobiles de tramways de même puissance.

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES U9

Il n'en est pas de même des locomotives de grande puissance destinées au service normal des grandes lignes ; ce sont celles-là seules que nous considérerons ici.

On trouve aujourd'hui en Amérique une série de types de locomotives de grandes lignes fort bien étudiés, en particulier ceux construits par la General Electric Co. et par les Ateliers de locomotives Batdwin. En Europe nous sommes moins avancés, car il n'existe pas de u série » de ce genre ; la seule machine qu'on puisse

D«si-éMnlion al dami-coiipt taigiladinitn.

Fig. i02. — LocomotiTe de 30 t. de la C'' TbomgoD- Houston.

citer pour le service des grandes lignes est la locomotive Heilmaan. Nous décrirons successivement ces trois classes de machines.

Locomotives de la General Electric Co. — La General Electric Co. a construit deux catégories de locomotives, les unes à commande directe, les autres avec engrenages.

Parmi les premières, on doit citer particulièrement la locomotive de 30 t., type 1893, et la locomotive de 90 t. du Baltimore and Ohio R.R. {1895).

TKACTION ÉLECTRlQCe. »

452 LA TRACTION ÉLECTBIQUE

La locontûtioe de 30 tonnes pour voie normale, exposée d'abord à la Worid's Pair de Chicago par la G" Thomaon-Houston, est formée d'un châssis reposant sur deui essieux moteurs (flg. 402). Chacun de ceui-ci est commandé directement par un moteur à arbre creui accouplé èlasliquemenl suivant le dispositif Raffard [p. 8). Us inducteurs à 4 pôles, dont deux conséquenls, reposent par l'intermédiaire de ressorts spiraux sur un châssis en Ter à double T, supportant en même temps les boites à graisse.

Les données principales de cette machine sont les suivantes :

Poids 30 t.

Effort à la jante des roues, normal 3 200 kg., au démarrage 6500 kg. Hauteur, 2, SI m.; longueur, 5,53 m.; largeur, 3,51 m. Ecartement des essieux, 1,676 m. ; diaraèlre des roues, 1,12 m. Courant normal, 600 amp. à la vitesse de 32 km : h., avec les deux moteurs CD parallèle ; vitesse maxJma sous faible charge, 80 km : h.

A la même époque, la même Compagnie avait construit pour le service de l'Exposition des automobiles de 30 l. en charge constituant de vériUble!' locomotives et munies de 2 bogies ayant chacun de leurs essieux commandés par des moteurs G. E. 2300 de 100 kilowatts à engrenages.

Elle a établi depuis, avecdes bogies analogues, une locomotive de 40 tonnes, dont la figure 403 indique sumsammcnt les dispositions et dont le tableau suivant résume les données principales :

Poids 40 t.

Effort à la jante des roues 6*00 kg.

Hauteur totale 3,800 m.

Longueur — 7,315 —

Largeur — 2,B40 —

Empatiemeol des bogies 1,830 —

Diamètre des roues 1,016 —

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES

La même locomotive peut être construite pour des puissances moindres, en remplaçant simplemeDt le type de moteur par un autre.

QuaQt aux locomotives du ISaUimore and Ohio B.R. {1895), représentées par les fljjurea 404, 405 et 406, elles sont formées d'uQ châssis robuste, reposant sur deux irucka élevés h 4 roues, qui portent sur chaque essieu un moteur à commande directe et sont reliés par une articulation. Leurs principales constantes sont les siii-

Poids 90 t.

Diamètre des roues 1,575 m.

Effort h. la jante des roues,

normal 18000kg.

EfTort maximum possible. . 27500 —

Longueur totale 13,00 m.

Hauteur — 4,33 —

Largeur — 2,89 —

Empattement des bogies . . 3,08 — Puissance de chaque moteur. 360chev.

Puissance électrique cou sommée par chacun, 900 amp. x 300 volls.

Les moteurs (flg. 407), du type L. W. P. 20, sontà 6 pôles avec inducteure de Forme S

pyramidale coDSlruits suivant le schéma de J

la ligure 134 (p. 170), avec cette différence ^

qu'on a ajouté de petites bobines supplé- ,g

mentaires sur les p6les conséquents ; ces g

petites bobines ont 15 spires et les grandes o

88, soit en tout 103 spires inductrices par S

champ. L'induit est bobiné en tambour, ^

avec G balais en parallèle ; le aojau porte j

145 rainures contenant chacune 2 barres de ^

cuivre de 12,2 x 5,8 mm. maintenues par *

des clavettes en bois. Le collecteur est à À

145 louches; le voltage prévu est de 250 volls par moteur.

L'induit et le commutateur sont clavetés sur un arbre creux dont le diamètre intérieur est supérieur de 6 cm. à celui de l'essieu. L'arbre enlilé sur l'essieu commande celui-ci au moyeu d'un croisillon d'entralnemeat i. 5 branches, portant à

iâi LA TRACTION ELECTRIQUE

t'exlrémilé de ses br&s des projections en acier trempé, qui Tiennent se loger entre les rais près de la jante; des tampons de caoutchouc réalisent l'élasticité Décessai re.

La figure 407 représente unnioteurcompletet un autre démonté; elle montre bien la forme du croisillon d'entraînement. Les moteurs prennent chacun 900 ampères x 300 toIIs à la Titesse réduite de

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES

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70 tours : m. et développent normalement 360 chev., soit 1 500 chev. pour les quatre ; ils sont couplés par deux en parallèle et deux en série.

La tension normale du réseau devait être de 500 volts.

La figure 408 indique les rendements et les efforts de traction relevés dans les ateliers de la General Electric Co. sur un des moteurs aux tensions de 250 et de 500 volts; le rendement dépasse, comme on le voit, 90 p. 100 entre le 1/4 de charge et la pleine charge.

La cabine placée sur les trucks contient les appareils de régulation de marche (méthode série- parallèle), les instruments de sécurité et de mesure, et les appareils de commande du frein à air.

Ces locomotives ont été construites pour remorquer des trains de voyageurs et de marchandises dans la traversée souterraine de la ville de Baltimore, où Ton n'a pas admis l'emploi de locomotives à vapeur.

Le parcours à effectuer est de 4,5 km. entre la station d'Henrietta, à 550 m. de l'ouverture du tunnel du côté de Camden, et un point situé à 1 500 m. au delà de la station de Mont-Royal. Ce parcours présente une rampe de 15 mm. par m. au delà de Mont-Royal.

Les locomotives devaient pouvoir pousser les trains de marchandises les plus lourds

(1 200 t.) à la vitesse de 25 kilomètres à l'heure sur une rampe de 8 mm. et remorquer des trains de voyageurs de 500 t. à la vitesse de 50 km : h. Aux essais, on a constaté que cette dernière vitesse pouvait être dépassée et atteindre 56 km : h. ; la machine seule a pu atteindre sans inconvénient, sur une rampe de 8 mm., la vitesse, de 98 km : h., qui correspond pour les moteurs à une vitesse de 350 tours : m. seulement. Le travail maximum a été obtenu en faisant remorquer à la machine deux trains de marchandises de 44 wagons chargés et 3 grosses locomotives, le tout pesant environ 1 900 tonnes ; le démarrage de ce train a été obtenu sur une rampe de 8 mm. avec un courant de 2 200 ampères sous 625 volts ; l'effort de traction correspondant, calculé à raison de 13 kg. par ampère, était de 19000 kg. ; la vitesse a été portée ensuite à 20 km : h. sous un courant de 1 800 ampères.

Le train de 1 200 t. démarrait avec un courant de 1 500 ampères sur une rampe de 8 mm.

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Fi g. 408. — Locomotive du Baltimore and Ohio R.R. ^ Courbes de rendement des moteurs.

Les locomotives précédentes sont des types spéciaux qui n'ont eu encore qu'un petit nombre d'applications. La General Electric Co. construit en outre des locomotives de série plus petites, dont

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LOCOMOTIVES ELBCTBIQUES «7

le tableau ci-contre réflume les données et les prix de catalogue'. La construction de ces machines est analogue à celle dos voitures de tramways à simple truck, mais plus ramassée.

D'autre part, la même Compagnie a équipé un certain nombre de puissantes voitures locomotrices qui sont en service sur le Uetropolitan R. R. et le Lake Street Elevated R. R. de Chicago, les lignes électriques du New York, New Uaven and Hartford R. R. (Nantasket

' Ces chitTreï, dâUtnl de 1B93, sonl cerUineiiient trop élevôs aujourd'hui, mu» Ift Socléti lïançaiae Thomson- Houston, i-eprcscntnnle de la Oeneral Electric Co. en France, n'a pas voulu nous indiquer les prix actuels sous priteile qu'ils varient conatanioicnt luivant les atTaîres. Nous ne donnons donc les chiffres ci-deasus que comme échelle relalivc.

Beach-E. Weymouth et Harlford-Berlin), le pont de Brooklyn, etc., et qui ont été munies de moteurs à engrenages.

Nous avons déjà donné au chapitre vi quelques détails sur les voilures électriques de Chicago et de Brooklyn.

Les locomotrices du Meiropolitan West Side R. R. sont équipées avec deux moteurs G. E. 2000 montés sur le même bogie pour la commodité des répations et capables de leur imprimer une vitesse maxima de 65 km. Elles pèsent en charge 28 t. environ et remorquent des trains de deux ou trois voitures ordinaires pesant chacune 21 t. en charge à la vitesse commerciale de 20 km. à rheure, avec des arrêts tous les 600 m. en moyenne. Plus tard, quand le trafic se développera, on leur ajoutera deux moteurs semblables, de manière à leur permettre de remorquer cinq voitures ordinaires, le tout formant un train de près de 140 t., à la vitesse commerciale de 15 km : h.

Celles du Lake Street Elevated ont le même équipement à 4 moteurs.

Ces deux types de voitures comportent une cabine de mécanicien complètement close placée dans un coin de la caisse et contenant tous les appareils de manœuvre. La figure 409 montre la vue intérieure de la cabine des voitures du Metropolitan West Side R. R.

Sur la ligne de Nantasket Beach, les voitures motrices sont ouvertes ou fermées. Ces dernières sont de lourds fourgons à marchandises (fig. 409) mesurant 12, 80 m. de longueur totale et construits d'une façon très robuste; complètement équipés, ils pèsent plus de 27 t. Deux voitures sur quatre portent doux moteurs montés sur le même truck, tandis que les deux autres ont quatre moteurs. Les voitures motrices ouvertes, de 15,50 m. de longueur, à 96 places, pèsent 19,5 t. sans appareils électriques et n'ont que deux moteurs chacune. Ces moteurs sont tous du type G. E. 2 000 de 125 chev.

L'équipement de la ligne plus récente dllartford & Berlin par New Britain est identique, sauf qu'on n'y emploie que des voitures ouvertes. Le service est fait par des trains de deux voitures, dont une motrice; la vitesse commerciale est de 45 km : h. environ.

Lors des essais, les fourgons locomoteurs de Nantasket ont été reconnus capables de remorquer jusqu'à 30 wagons de gravier k pleine charge.

Des locomotives-fourgons analogues sont construites avec d'autres puissances, notamment le fourgon G. M. à 4 moteurs G.E. 800, qui pèse 16 t., et le fourgon G.M. à 4 moteurs G.E. i 200, qui pèse 24 t.

Les voitures locomotrices du pont de Brooklyn sont équipées avec 4 moteurs G. E. 50 de 65 chev. environ.

Enfin la General Electric Co. poursuit actuellement à Schenectady, sur une voie d'expériences spéciale, des essais de traction électrique dans les conditions ordinaires de service des chemins de fer, au moyen d'une voiture locomotrice pesant 30 t. à vide, munie de 4 moteurs G. E. 2000 et contenant à l'avant une cabine pour le mécanicien, les appareils de manœuvre et les instruments de mesure, au centre un compartiment à voyageurs et à l'arrière un poste pour le compresseur d'air, les outils, etc.

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES

Mû LA TRACTIOS ELECTBIQUE

Locomotives et locomotrices électriques des Ateliers. Baldwin de Philadelphie et de la Compagnie Westinghoase de Pittsborg. — Ces deux puissantes maisons se soot récemment associées pour la coDstniction de locomotives électriques, et, grâce k leur important outillage et à leur grande expérience, elles sont arrivées à créer une série de types susceptibles d'application dans tous les problèmes de la traction électrique sur les grandes lignes de chemins de fer. Elles ont commencé en 1S93 par un essai de locomotive à moteurs calés directement sur l'essieu, analogues à ceux que la Compagnie >Yestinghouse venait de préconiser, sans grand succès.

Ifig. 111. — Locomoiivc Sprngue. l)unc»n el Hulchinson.

pour les tramways. Cette locomotive (fig. 44 i ), destinée à la Norlh American Company, avait été exécutée sur les plans de MM. Sprague, Diincan et Hulchinson, et sous leur direction; elle était destinée à des essais de traction et de manœuvres de gare avec des trains de marchandises très lourds, c'est dire qu'elle devait développer un puissant effort de traction sous une foible vitesse.

La partie mécanique et le ch&ssis ont éU construits à Philadelphie, les moteurs et accessoires électriques à Pittsburg.

Les figures 412 et 41t bis indiquent le mode de construction et les principaux organes de cette machine.

Elle est formée d'un ctiAssis en acier & quatre essieux parallèles, avec des guides de boites très élevés. Les boites, en acier fondu, présentent du cdté intérieur des consoles supportant les inducteurs des moteurs, dont les induits sont calés directement sur les essieux. Les huit roues de 1,40 m. de diamètre sont toutes réunies ensemble par des bielles d'accouplement et présentent un empattement total de 4,50 m.

Les moteurs, donl le poids repose eotièrement sur les essieux, saas interposil^on de ressorls, ce qui est fort défectueux, soDt du type k 4 pôles, doal 2 conséquents, excités eu compouud, rcaroulemeut en dém&tioQ ét&nt juste suffisant pour empêcher l'emballement sous faible charge.

Les induits en tambour coaliennent 4 Tils par encoche, en tout i31 (ils, bobinés en série ; ils ont 7~:> mm. de diamètre et 525 mm. de longueur. Les inducteurs ont une hauteur de 1 150 mm. et leur surface inférieure est à ISa mm. au-dessds du rail.

Wa LA TRACTION ELECTRIQUE

La régulation de marche se fait par la méthode série-parallile ; le rôgul&tear

e< lioriionlaln AB «t CD.

Coupo lODfiluilioila r)g !• nbina.

- Locomolive Sprague, DuncsD el HulcUnaon. — Coupes.

«Bt manœuvré, soit à la main, soit à l'air comprimé. Une cahine centrale sert de logement au mécanicien, et renferme les appareils de iii&rcbe et le com-

presseur d'air nécessaire pour la manœuvre des freins, ainsi que les ampèremètre, voltmètre, sifflet à air comprimé, etc.

Le poids total de cette locomotive est de 55 t. environ; elle développe un effort de traction au démarrage de 13 600 kg. Chaque moteur peut supporter 250 ampères et donne, sous une tension de 800 volts, une puissance d'environ 250 chev. à la vitesse de 225 tours correspondant à 56 kilomètres à rheure.

Cette locomotive présentait une certaine infériorité de construction par rapport aux locomotives du Baltimore and Ohio R.R., par suite de Temploi de quatre essieux parallèles et de moteurs suspendus non élastiquement. Ces inconvénients, joints au poids exagéré des moteurs, l'ont fait abandonner par les constructeurs au profit des locomotives à engrenages très rationnelles que nous allons maintenant décrire.

Ces locomotives à engrenages constituent le matériel spécial de traction électrique sur les chemins de fer le plus complet qui existe à Theure actuelle. Il comprend plusieurs séries de locomotives, pour trains express, pour trains de marchandises, pour manœuvres de gare, pour trains légers sur lignes de banlieue, etc. Nous en indiquerons les dispositions essentielles ^

Les locomotives pour trains de marchandises, dont la figure 413 représente Taspect général, construites pour toutes puissances jusqu'à 2000 chevaux, sont portées par 2 bogies très robustes à 2 ou 3 essieux, tous moieurà; elles comportent une caisse très simple formant fourgon, dont le châssis est établi en fer u de forte section, de manière à pouvoir supporter les chocs violents qui accompagnent les manœuvres de gare ; cette caisse peut être utilisée pour recevoir des marchandises, sauf à Tune de ses extrémités où un petit espace est réservé pour loger un régulateur de marche unique, du type série-parallèle, manœuvré à volonté de Tune ou l'autre extrémité de la locomotive.

Deux portes doubles à coulisse sont ménagées sur les côtés pour faciliter la manutention des marchandises ; la caisse porte en outre à ses extrémités deux autres portes qui permettent d*y accéder du train.

Si le poids propre de la locomotive avec son chargement n*est pas suffisant pour réaliser Tadhérence nécessaire, on ajoute du lest au châssis sous forme de saumons de fonte ou d'un plalelage en tôle.

On construit également pour trains de marchandises des locomotives doubles formées de deux châssis plus courts, accouplés au centre, et dont tous les moteurs sont encore manœuvres par un seul régulateur de marche.

* D'après Tintéressante brochure, Baldwin-Westingfiouse Electric Jsocomotives^ par David Léonard Barnes, 1896, dont une partie des figures nous ont été gracieusement prêtées par la Société Baldwin.

464 LA TRACTION ÉLECTBIQUE

Quand les circonstances s'y prêtent, ces deux châssis se font à 3 ou 4 essieux, accouplés par bielles.

Les locomotives de manœuvre» présentent les mêmes dispositions générales, avec cette différence qu'on réduit leur longueur autant que possible et que la caisse est restreinte à une simple cabine pour le mécanicien; on ajoute quelquefois, à l'une des extrémités du ch&ssis, une grue électrique destinée à la manutention des marchandises.

Lorsque deux moteurs suMsent, on réduit à deux le nombre des paires de roues, comme le montre la ligure 449, page 536.

Pour le service des voyageurs sur les grandes lignes, les locomotives ont exactement la môme dîsposilioa que celle de la ligure 413, à quelques détaib prés; leur puissance peut seulement être un peti réduite; on les construit pour des puissances de lÛO à 1 600 chev., avec bogies â 4 ou G roues et une caisse

Fïg. 413. — Locomotive à mikrchandises BaldicinAVesUngbouse.

dont le châssis est établi en vue de résister aux chocs les plus violents qu'on ait à prévoir en service. Pour accroître la rigidité de ce ch&ssis, on le recouvre sur toute sa surface d'un plalelage en tôle d'acier de 10 ou 12 mm. d'épaisseur et même davantage si l'on a besoin d'une grande adhérence. La caisse sert à loger des marchandises ou les bagages des vojageurs.

La locomotive de ce genre représentée par la ligure 414 a une longueur de 11,60 m. et une largeur de 2,75 m. ; elle est munie de 4 essieux indépendants à roues de 1,07 m. de diamètre, commandés par des moteurs de 3li0 che».; elle pèse 75 tonnes.

Pour les services â grande vitesse, des mesures de précautions spéciales sont prises pour protéger le mécanicien contre les accidents que pourrait causer le bris des fenêtres par des objets projetés contre la locomotive par les chassepierres.

Sur les lignes de banlieue et sur les lignes métropolitaines, il est avantageux d'employer, comme nous l'avons dit (p. 35S), des trains légers formés d'une ou

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES

plusieurs grandes aulomobiles à deux bogres moleurs (S moteurs par bogie). La figure 415 montre un type de voilure étudié en vue de ce service et pouvant jouer au besoin le râle de locomotive. Le châssis est métallique et renforcé par un plalelage continu en tôle de 9,5 mm. La caisse est construite suivant les dimensions et la capacilé que l'on désire; toute la place reste disponible pour les voyageurs, sauf à l'une des eilrémités où est réservé un petit logement pour les rcgulalcurs de marche, rhéostats de démarrage, elc. Ces voilures locomotrices peuvent être mauœuvrées de l'une ou l'autre eilrémité ; le poste de manœuvre situé à l'arrière de la voiture est occupé par les voyageurs pendant que le mécanicien se trouve à l'avanl. Le plancher n'est traversé que par deux cALiles principaux aboutissant respectivement aux deux bogies. La voiture porte à chaque extrémité un ampèreméli-e, un voltmètre et un robinet de manœuvre des freins à air comprimé. Chaque moteur est pourvu d'un interrupteur automatique, qui en coupe le circuit eu cas

d'avarie ou de surcharge. Le circuit principal comporte, du reste, un interrupteur de fort ampcrage, qui peut être manœuvré par le mécanicien et qui, en tout cas, s'ouvre automatiquement toutes les fois qu'on tourne le robinet à freins pour produire l'arrêt instantané. Tous les interrupteurs et instruments sont montés sur un tableau de libre vulcanisée. On accède à celle voiture par les deux extrémités, qui sont munies de plates-formes communiquant avec l'intérieur par des portes à coulisse, comme dans les voitures américaines ordinaires.

Les trucks de ces diverses locomotives ont été décrits ci-dessus (p. 441); ils sont munis de moleurs létrapolaires à pôles conséquents, dont nous avons indiqué plus haut (p. 208) la construction et le mode de suspension reportant la moitié du poids sur le truck el l'autre directement sur l'essieu. Suivant les applications, on prend des unités de BO, 100 ou 200 chevaux; le coefficient de réduction des engrenages est modifié de même suivant la vitesse de marche désirée.

Le prix des locomotives Baldwin du type de la figure 413 varie

d'environ 50 000 fr. pour une machine à deux moteurs de 100 chev. à 75 000 fr. pour une machine à quatre moteurs de 200 chev., soit entre 250 et 100 fr. par cheval. La première pèse en ordre de marche environ 32 t., dont? pour la partie électrique ; la seconde environ 70 t., dont 18 pour la partie électrique, soit 90 kg. par cheval. Ces poids élevés proviennent du lest ajouté.

Un autre type pour lignes secondaires, à deux moteurs de 50 chev., pèse en ordre de marche à peu près 15 t. et coûte environ 26 000 fr.

Tous ces prix s'entendent des appareils emballés et rendus à quai à New- York.

Locomotives automotrices Heilmann. — La première locomotive Heilmann, dite la « Fusée d, a été essayée en 1893-94 sur les voies de la Compagnie des chemins de fer de TOuest, comme on Ta vu plus haut (p. 427). A la suite de ces essais, la Compagnie de Traction Electrique a construit deux locomotives nouvelles (fig. 416 à 423), qui diffèrent notablement des anciennes et doivent leur être supérieures de beaucoup comme puissance ^ et comme disposition générale. Ce sont ces dernières seules que nous décrirons ici, en renvoyant pour la description de la première locomotive aux nombreuses publications auxquelles elle a donné lieu ^ ; nous avons indiqué du reste (p. 427, en note) les principales différences.

Comme nous Tavons dit plus haut, la locomotive Heilmann est composée d'un truck moteur portant sa station génératrice ; Télectricité ne joue que le rôle d'un intermédiaire entre la machine à vapeur et les roues : Tensemble des dynamos génératrices, des câbles électriques et des moteurs adaptés aux essieux remplace, en définitive, la transmission mécanique réalisée, dans les locomotives ordinaires, par une bielle et une manivelle. Nous décrirons successivement cette locomotive sous ses deux aspects de truck locomoteur et de station génératrice.

* La puissance de la premiôre locomotive était seulement de 450 chev. à la vitesse de 100 km : h. et il ne restait au crochet que 200 chev. disponibles.

* La locomotive électnque Heilmann, Paris, Lemercier, 1 894. — Note de la C*> de VOuest, Congrès des chemins de fer, 1895. — Les locomotives électriques Heilmann, par F. Drouin, 1896, etc.

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 46»

Tritck moteur. — Au point de vue du truck moteur, la machine

Fig. 41S. — Locomotive Heilmann. — Ensemble

Fig'. 419. — Locomotive Heilmann. — Pièces détachées d'un moteur.

Heilmaon se rapproche beaucoup des locomotives électriques

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES VU

américaioes que nous venons de décrire en dernier lieu. Elle est formée d'uo ch&ssis très robuste reposant sur deux bogies à quatre essieux moteurs chacun. Chaque essieu est commandé par un moteur à arbre creux, dont les dispositions rappellent de très près celle des moteurs Edison- S prague employés sur les locomotives de 301. de la Compagnie Thomson-Houston (p. 452). Les figures 418

Fig. 420. — Locomotive Heilmann. — Mise en place el montage d'un moteur sur l*essieu.

à 421 représentent les détails d'un des moteurs. Ceux-ci sont à quatre pôles, dont deux conséquents, formés de quatre pièces en acier; la pièce inférieure est fixée au bogie par des pattes venues de fonte ; la pièce supérieure repose sur celle-ci el il suffit de l'enlever pour visiter l'induit; les deux pièces latérales formant les noyaux des bobines sont boulonnées à la fois sur les deux

autres. Gr&ce h cette disposition, il est facile de visiter tout le moteur sans enlever les trains de roues et l'on évite ainsiruQ des reproches adressés aux moteurs gearless ordinaires (p. i39). Les inducteurs sont excités en série.

L'induit est en tambour multipolaire, avec bobinage en série.

Chaque moteur pèse 3 300 kg. et développe une puissance normale de 125 chev., soit 26 kg. par cheval '. à la vitesse de

Kg. 421, — Locom.

n moteur [lïchelle )/30).

100 km. à l'heure, ce qui correspond à un efTort de 340 kg. environ à la jante des roues ; l'elTort de traction total atteint ainsi 8 X 340 = 2720 kg. Le diamètre des roues est de 1,16 m. et le couple moteur total de ^"^^ '''^ = 1 577 kgra.

L'empattement de chaque bogie est de 4,10 m. Les chevilles

I moteurs présentent, au point de vue de la puissance spAciUqne, on ■érieni progrès par rapport à ceux àe la • Fusée • électrique Heilmann, qui pesaient 2 700 kg. pour 450 chav., aojl 36 kg. par cheval.

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES ouvrières sont espacées de 11,30 m. et la longueur totale < locomotive entre tampons atteint 18,59 m.

Les bogies sont formés, comme nous l'avons dit (p. 448),

Fig. as. — LocomotiTe Heilmann. -

- Vue en bout, montruit

deux longerons assemblés par des traverses ; à ces traverses sont fixés directement les bùtis des moteurs, qui contribuent ainsi à entretoiser l'ensemble tout en participant à l'élasticité de la sus-

pension ; Tinduit est calé sur un arbre creux enfilé sur Tessieu (Qg. 420 et 422) et laissant à celui-ci un jeu un peu supérieur au déplacement des boites à huile dans les plaques de garde. Le poids total d'un bogie avec ses 4 moteurs est de 24 à 25 tonnes et celui d'un essieu monté de 4 800 kg. avec son moteur.

L'entraînement des roues par Tarbre d'induit est assuré par des croisillons B (fig. 423), dont les extrémités sont serrées entre des tampons t fixés entre les rais E de Tune des roues et retenus par des ressorts antagonistes très puissants r ; ces ressorts conservent une course suffisante pour permettre les déplacements verticaux de Tessieu, même lorsqu'ils sont comprimés au maximum par le couple moteur.

En définitive, considérée comme appareil moteur électrique, la locomotive Heilmann présente, bien que ses moteurs soient peutêtre encore un peu lourds, des dispositions très rationnelles pour une machine à grande vitesse et inspirées par la meilleure pratique américaine. Il sera facile à ses constructeurs d'établir sur le même type des locomotives alimentées par un conducteur parallèle à la voie et capables d'assurer la traction électrique sur n'importe quelle ligne du réseau français ; on en verra plus loin un exemple.

Machines génératrices. — Considérée comme usine génératrice, la locomotive Heilmann comprend tous les appareils logés au-dessus du châssis, c'est-à-dire une chaudière, une machine à vapeur actionnant des dynamos génératrices et une petite machine à vapeur auxiliaire commandant une dynamo excitatrice; la chaudière occupe l'arrière du véhicule et les machines l'avant ; le tout est protégé par un abri de forme effilée pour réduire la résistance de Tair aux grandes vitesses.

Le générateur de vapeur est une chaudière ordinaire de locomotive avec tirage par l'échappement, présentant une grande puissance de production de vapeur. Elle est en acier, fixée en son milieu et reposant par ses deux extrémités sur des supports de dilatation. Elle contient 331 tubes de 3,80 m. de longueur et de 0,045 m. de diamètre extérieur. Elle est timbrée à 14 kg. et présente une surface de chauffe totale de 185,47 m', se décomposant de la manière suivante :

Foyer 16,47 m».

Tubes 169 —

La surface de grille est de 3,34 m^

Les soutes sont placées à droite et à gauche de la chaudière.

La machine à vapeur, placée suivant Taxe même de la locomotive, est une machine Willans-Robinson verticale, à 6 cylindres, complètement équilibrée et ayant une puissance indiquée de 1 350 chev. L'emploi de ces 6 cylindres pour arriver à Féquilibre exact a été proposé en même temps par M. Robinson, le constructeur, et par M. Mazen, ingénieur de la Compagnie de TOuest. M. Normand avait antérieurement démontré que, dans une machine à trois lignes de cylindres agissant sur des manivelles à 120^, la somme des forces verticales est sensiblement nulle à chaque instant^ si Ton donne même poids aux trois parties mobiles, mais qull subsiste un couple; celui-ci disparaît si Ton ajoute une seconde ligne de trois cylindres semblable et disposée de manière à produire un couple égal et inverse'.

Cet équilibrage parfait est nécessaire pour assurer la stabilité du châssis monté sur ressorts, auquel les efforts et les réactions d'inertie périodiques de la machine impriment des oscillations synchronisées ; lamplitude de celles-ci est d autant plus grande que la périodicité de ces forces diffère peu, dans le cas considéré, de la durée d'oscillation propre du châssis, considéré comme un système oscillant sous l'action de ses ressorts.

Les constantes principales de cette curieuse machine sont les suivantes :

Vitesse normale 400 tours par minute.

Course commune 400 mm.

Diamètre des cylindres à haute pression . . 300 —

— — basse — . 480 —

Puissance indiquée 1 350 chev.

* La démonstration est intuitive si Ton se rappelle que la somme algébrique de trois fonctions périodiques identiques, mais différant entre eUes en phases de 1/3 de période, est toujours nulle.

• Pour tous les détails sur cette question, qui sort de notre cadre, nous renvoyons aux deux très intéressantes communications de M. de Grièges fils {Bulletin de la Société des Ingénieurs Civils, février 1896) et de M. F. Drouin {Ibid., juin 1896) ; notre description de la locomotive Heilmann est empruntée, du reste, en partie à ce dernier travail, où l'on pourra trouver des renseignements plus complets sur les machines et dynamos génératrices.

La machine à vapeur commande deux dynamos génératrices calées sur les deux extrémités de Tarbre. Ces machines, construites, comme toute la partie électrique, par MM. Brown, Boveri et G*", sont à 6 pôles, avec inducteurs en acier ; Tinduit en tambour, de 1,05 m. de diamètre, est bobiné en parallèle et le courant recueilli par six groupes de balais en charbon. Chaque dynamo peut fournir, sous 450 volts, i 000 ampères normaux et momentanément 2 000. Les deux machines sont couplées en parallèle. Elles sont excitées par une petite dynamo compound & 4 pôles actionnée par une machine Willans à simple expansion, à deux manivelles à 180^, donnant 28 chev. indiqués à 550 tours. La dynamo, qui fournit 140 ampères X 115 volts, sert en même temps à Téclairage du train.

On trouvera au chapitre x Texposé de la méthode de régulation de marche employée, qui présente un réel intérêt.

Le rendement et la puissance de la locomotive Heilmann ont été évalués comme il suit' :

La machine à vapeur a une puissance de 1 350 chev. indiqués. Les rendements prévus à pleine charge sont :

90 p. 100 pour la machine à vapeur, 95 — pour la génératrice, et 90 — pour les moteurs.

Si Ton admet que la perte dans les câbles est de 2 p. 100, la puissance disponible aux jantes des roues doit être d'environ 1 000 chev. et le rendement total doit avoir pour valeur

Ce rapport sera évidemment réduit aux faibles charges, mais beaucoup moins que s'il s'agissait d'une machine génératrice ordinaire, grâce à l'ingénieuse idée qu'a eue M. Heilmann de maintenir l'admission sensiblement constante à toutes charges et de modifier la puissance par la seule variation de la vitesse de la génératrice. C'est le contraire de ce qu'on fait en général lorsqu'on maintient la vitesse constante, en modifiant seulement l'admission. Grâce à celte disposition, M. Heilmann peut conserver à sa machine à vapeur,

* Cf. Drouin, Loco cilalo.

dans les limites ordinaires de variation de vitesse, un rendement presque uniforme et maintenir à une valeur élevée celui des dynamos et des moteurs, en maintenant la proportionnalité entre les pertes dans le fer et la puissance fournie à la locomotive ; les pertes dans le cuivre peuvent cependant déprimer le rendement aux faibles vitesses de la locomotive, mais cette réduction est peu sensible en marche ordinaire ; elle se fait sentir surtout aux démarrages.

On verra plus loin quel est le rendement au crochet d'attelage.

Tender moteur Hcilmann, — Pour les trains de marchandises lourds et à vitesse lente, M. Heilmanna trouvé un moyen ingénieux d*utiliser presque sans changement sa locomotive à grande vitesse : il place le tender lui-même sur un truck à quatre moteurs semblable aux bogies de la locomotive et obtient ainsi, avec un ensemble de 12 moteurs, un effort de traction total de

12 X 1 t. = 12 tonnes.

On réalise la vitesse convenable, soit en mettant des groupes de moteurs en série, soit en modifiant les enroulements de ceux-ci. Cette solution constitue une sorte d'intermédiaire entre la locomotive simple et le train entièrement automoteur du même inventeur.

Fig. 424. —

Elévation. Vue par bout.

Locomotive Heilmann de la ligne de Saint Germain, à alimentation extérieure (écheUe i/100).

Locomotive Heilmann à alimentation extérieure. — Comme nous l'avons dit plus haut, les trucks Heilmann peuvent très bien s'appliquer à des locomotives électriques recevant leur courant d'une ligne aérienne ou d'un troisième rail. Un premier exemple de cette application vient d'être fourni par l'inventeur dans ses locomotives de la ligne de Saint-Germain, servant aux essais de traction électrique de la Compagnie de l'Ouest entre Saint-Germain-Ouest et Saint-Germain-Grande-Ceinture (3 500 m. de longueur environ).

Ces machines (fig». 424 et 425) sont formées d'un ch&ssis en tôle d'acier sem-

«8 LA TRACTION ÉLECTBIQDE

blable à celui décrit ci-dessus el d'une caisse abritant les appareils de m ainsi qu'un transformateur rotatif placé au centre de la plate-forme dans une cabine disposée à cet effet. Ce transformateur, qui a pour but d'abaisser la tension du courant de la ligne en même temps que de permettre un mode spécial de régulation de la vitesse (qui sera décrit au chapitre :c), se compose d'un moteur et d'une génératrice, tous deux avec inducteorsà quatre pdies, montés sur un b&ti commun; les induits sont enroulés en tambour et clavetés sur le même arbre.

Les qualre essieux sont actiounés par des moteurs du même type que ceux de la locomotive automotrice et groupés en parallèle.

Deux postes de manœuvre, placés aux deux extrémités de la machine pour permettre de la faire marcher indifféremment dans l'un ou l'autre sens, contiennent chacun un appareil de manœuvre du rhéostat d'excitation de la génératrice du transformateur, ainsi que des organes de commande du frein Westinghouse et du frein h main ; les appareils de changement de marche et de mise en série des moteurs, le commutateur de mise en marche du moteur et du transformateur sont placés entre les deux postes sur les parois de la cabine du transformateur.

Fig. i25. — Locomotive de la ligne de Sùnl-Oermain. — Coupe longitudinale.

Le courant est transmis à ces locomotives de deux manières différentes : l" Au moyen d'un troisième rail central et de frotteurs fixés au chAssis sur la portion de la ligne comprise entre la Grande-Ceinture et l'usine géné-

%" Au moyen d'un conducteur aérien et d'un tràlet entre l'usine et la gare de Saint- Germain-Ouest, dans le but d'éviter les accidents dans cette gare. Le retour du courant se fait dans les deux cas par les rails de roulement.

Locomotive électrique aotomotrice Walkine. — Bien que la locomotive Ueilmann ait été vivement critiquée en Amérique, elle y a «pendant trouvé des

imitateurs. M. L. Ë. Walkins, de Boston, en particulier, a établi une locomotive de ce genre pour TOhio River, Madison and Central Electric Railroad, qui doit s'étendre de la ville de Madison (Indiana) à Cincinnati (Ohio), sur une longueur (Venviron 100 km. Cette locomotive ressemblera à un grand fourgon à bagages muni à Tavant d'une spacieuse cabine de mécanicien. Sous celle-ci se trouvera un bogie à quatre roues de 1,98 m.; le bogie d'arrière sera à six roues de 0,84 m. Le châssis de la locomotive, construit en acier, aura 13,58 m. de longueur ; à rextrémité seront les soutes à charbon et les réservoirs d'eau, au centre sera une chaudière du type locomotive et enfin dans la cabine une machine à vapeur Westinghouse verticale commandant directement 2 dynamos génératrices de 400 chev. chacune. Le bogie d'avant, seul moteur, sera équipé avec 2 moteurs Westinghouse de 350 chev. commandant directement les essieux. La machine est disposée de manière à pouvoir circuler dans des courbes de 100 m. de rayon. Elle sera munie de tous les perfectionnements modernes : économiseur, surchauffeur de vapeur, etc. La cabine contiendra en outre de chaque côté une batterie d'accumulateurs de capacité suffisante pour pouvoir, en cas de besoin, traîner la locomotive jusqu'à une voie de garage et tous les leviers de manœuvre, tableaux de distribution, régulateurs, etc. Le bogie porteur sera lui-même muni comme réserve d'un moteur de 200 chev., dont l'arbre pourra être embrayé en cas de besoin et exceptionnellement avec un train d'engrenages commandant l'un des essieux. Le coefficient de réduction et l'enroulement de ce moteur sont combinés de telle manière que, si on le met en parallèle avec les moteurs du bogie d'avant, il tende à produire la même vitesse; cela permettra de le faire travailler avec les autres au démarrage et sur les fortes rampes.

Des essais ont déjà été faits sur la ligne de Nantasket Beach avec une voiture locomotrice équipée d'après ce système.

Le tableau suivant résume quelques-unes de ses données :

Diamètre des roues motrices 1,98 m.

Diamètre — porteuses 0,84 —

Longueur totale du châssis 13,58 —

Poids sur les essieux moteurs 66 t.

Poids — porteurs 15,5 —

Poids total 81,5 —

Pression de la vapeur 12,7 kg : cm*

Surface de chauffe : tubes 184 m^

—- foyer 19,5 —

— totale 173,6 —

Capacité des réservoirs 18 m^

— des soutes à charbon 8 t.

Puissance des génératrices 800 chev.

— totale des moteurs 900 chev.

Il sera intéressant de connaître les résultats obtenus avec ces machines en service.

§4. — Comparaison entre les locomotives électriques

ET les locomotives A VAPEUR

L'exploitation électrique des lignes de chemins de fer est encore trop peu développée pour qu'on puisse la comparer à Texploitation par locomotives à vapeur au point de vue économique autrement que par des évaluations fort hypothétiques^ qui sortiraient des limites de ce chapitre. Cette comparaison ne peut, du reste, être complète qu'en tenant compte de la question capitale de la production et de la distribution du courant, dontTétude n'entre pas dans le cadre du présent travail.

Mais, dès maintenant, les matériels de traction électrique sont suffisamment connus et sufflsamment expérimentés pour permettre d'établir, au point de vue des dispositions techniques, un parallèle entre la locomotive à vapeur et la locomotive (ou la voiture locomotrice) électrique, considérées comme engins de traction. C'est à cette comparaison que nous nous bornerons pour le moment'.

Ce parallèle peut être fait pour des locomotives de toutes puissances et de toutes vitesses. L'expérience des lignes de Nantasket Beach, Mount Holly, etc., a montré en elTet que les dispositifs électriques, d'abord réservés aux trains légers à vitesse moyenne, pouvaient être employés sur une échelle beaucoup plus grande et à des vitesses plus élevées *. Les locomotives de Baltimore ont prouvé que les moteurs électriques permettaient de développer des efforts de traction plus considérables que ceux des plus grosses locomotives à marchandises. En définitive, aujourd'hui, on peut atteindre, si on le désire, avec les locomotives électriques, des puissances de 1 000 à 1 500 chev. à la jante des roues et même davantage, tandis que les plus fortes locomotives à vapeur ne développent guère à la jante plus de 900 chev. en palier. On peut donc

* Cf. Baxter, The Eleclrical Enffinee7% 1896 ; Emery, Am, Inst, of El. Eng., octobre 1896; de Marchéna, Bulletin de la Société des Ingénieurs civils^ 1896.

' Il est donc bien entendu que dans tout ce qui ra suivre, lorsque nous dirons que la locomotive électrique n'a pas de mécanisme, nous laissons de côté systématiquement la machine génératrice, qui est indépendante des essieux.

' On a atteint jusqu'à 110 km. à Theure sur la ligne de Nantasket Beach.

admettre théoriquement la possibilité de l'emploi des locomotives électriques pour les services de voyageurs et de marchandises^

Toutefois, pour ces derniers, l'intérêt de la traction électrique est limité, comme on le verra plus loin, à des cas spéciaux, tels que la traction sur lignes de montagne, qui exige des conditions difficiles à remplir. Pour les services de voyageurs, la traction électrique présente surtout des avantages pour les trains à grande vitesse; c'est donc plus particulièrement ce cas que nous aurons en vue dans ce qui suit.

Nous examinerons séparément, dans Tétude de la puissance et du rendement, le cas des machines alimentées par une ligne de distribution de courant et celui des machines portant avec elles leur source ou leur réservoir d'énergie. Mais, auparavant, comme ces deux types ont en commun le système de Iruck moteur, nous examinerons les avantages de celui-ci considéré comme un des éléments essentiels de la locomotive électrique.

Comparaison entre les locomotives à vapeur et électriques an point de vue des dispositions générales. ~ Il peut sembler téméraire pour la locomotive électrique, à peine née, de vouloir rivaliser avec Tadmirable engin qu*est la locomotive à vapeur actuelle, résultat de Texpérience de tant d'années et des travaux de tant d'ingénieurs et de spécialistes éminents. Cependant, le moteur électrique présente sur le moteur à vapeur des points de supériorité qui justifient, croyons-nous, dans une certaine mesure cette audace. Elle s'appuie, il est vrai, sur des considérations surtout théoriques, dont la pratique réduit fort Timportance, mais qu*il n'est pas néanmoins sans intérêt de signaler ou de rappeler, bien que quelques-unes soient déjà un peu. rebattues, notamment la première.

i<* Au point de vue mécanique, la supériorité est évidente. Le moteur à vapeur ne donne en effet directement qu'un mouvement alternatif, qui doit être transformé en mouvement de rotation par une bielle et une manivelle ; les variations périodiques de vitesse des roues et des organes animés de mouvements alternatifs font apparaître des forces d'inertie qui impriment à la locomotive des mouvements élémentaires nuisibles, d'amplitude croissante avec la vitesse.

* Les locomotives à vapeur des nouveaux types permettent cependant de dépasser les chiffres indiqués ci-dessus : par exemple, la locomotive compound Vauclain du Chicago, Milwaukee and S^-Paul R.R. peut développer jusqu'à 1 400 chev. indiqués et 1 230 chev. à la jante (en admettant un rendement organique de 0,88); les locomotives compound françaises les plus récentes du P.-L.-M. et du Nord développent ju8qu*à 1 300 chev. sur les pistons et 1 140 à la jante ; mais ces régimes forcés ne peuvent être soutenus longtemps, tandis que les locomotives électriques du Baltimore and Ohio R.R. seraient capables, d'après M. Lee Parker, de développer d*une façon prolongée 1500 chev. à la jante.

Lorsqu'on ait eiDt la vitesse de 100 km : h., une locomotiTe à vapeur i roues de 2,50 m. De Tait pas moÎDS de 212 tours par minute et les elTets d'inertie, roulis, lacet et tangage, peuvent acquérir une grande intensité.

Les trépidations qu'ils produisent sont, il est vrai, trop rapides pour prendre une grande amplitude, car elles dépassent de beaucoup la période d'oscillation propre du châssis chargé de la chaudière, des cylindres, etc. ; elles ne peuvent doncsérieusementcompromettre la stabilité de la machine, qui est soumise à une bien plus rude épreuve par les chocs périodiques dus aux inégalités de la voie. Aussi les ingénieurs de chemins de fer n'attachent-ils que peu d'impor* tance h ces effets, très atténués d'ailleurs dans les machines modernes. Hais, en outre, ces trépidations fatiguent le mécanisme et entraînent des perles d'énergie supplémentaires ■ qui se traduisent par une augmentation du coefficient brut de traction.

La variation de la composante verticale soumet, d'autre part, les rails 6 des etTorls plus considérables que ceux prévus d'après le poids porté par les essieux: les contre-poids tendent à • '■ : ' T , produire à la descente un véritable

effet de martèlement ; de plus, le - . rapport de l'effort de traction & l'effort adhérent varie pendant un tour ..- dans des proportions suffisantes ..:. pour produire des glissements périodiques qui déterminent des plats *■ sur les parties correspondantes de la

jante des roues motrices. On aura ^'* une idée de la grandeur de ces effets ' '• pour une locomotive de médiocre > construction par le tracé graphique

de la figure 426, qui résume d'intéressantes expériences de H. J. N.

Barr. Le tracé pointillé représente, FIr. 426.— Viriations de IcQort exercé sur en coordonnées polaires, les efforts les rgils par les roues motrice» d'unrloco- ^^^ j^ bouton de manivelle pendant motive 4 vapeur, daprès M. J, N. But. . , ■ , ■ i ■ i ■■ .

' ' "^ un tour, et le trace plem les efforts

adhérents correspondants sur la voie ; il arrive même, d'après les expériences de H. Goss ', que pour certaines vitesses les roues quittent les rails périodiquement.

On est donc en droit de considérer la locomotive à vapeur, malgré sa grande perfection pratique, comme un appareil théoriquement imparfait au point de vue de la transmission de l'effort moteur aux roues.

Les moteurs électriques, au contraire, donnent un simple mouvement de rotation uniforme qu'on peut transmettre aux essieux, soit directement, soit par engrenages; le moment du couple moteur étant rigoureusement constant pendant chaque tour, il n'y a pas d'effets d'inertie; les rails sont donc soumis

I Ces pertes sont Daturellemenl ocMsionnées luriODt par 1* composante verticale des trcpidationa.

' Amtrican Soeiely o( Mtchanieal Ertgineeri, décembre 1S96.

à un effort tangentiel coDstant, qui permet d'utiliser à chaque instant toute Tadhérence et de rendre ainsi Tadhérence moyenne égale à Tadhérence maxima ; Tusure des bandages des roues se trouve réduite ; enfin tout mouvement de lacet est supprimé *.

Cette différence entre la machine électrique et la machine à vapeur est bien mise en évidence par les tracés relevés au dynamomètre par la Compagnie

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Locomolive Heilmann.

LocomoliTe à vapeur.

Fig. 427 et 427 bis. — Tracés dynamométriques obtenus avec la locomotive Heilmann

et avec une locomotive à vapeur.

de rOuest (fig. 427 et 427 bis) : celui qui correspond à lalocomotive à vapeurprésente des zigzags très marqués, correspondant aux variations oscillatoires de Teffort longitudinal; celui relevé sur la locomotive Heilmann ne présente, au contraire, que de faibles ondulations dues aux irrégularités de la voie. Les partisans les plus convaincus de la locomotive à vapeur auraient tort de ne pas reconnaître de bonne gr&ce qu*il y a là une supériorité au moins théorique en faveur de la locomotive électrique, fùt-elle sans grande conséquence pratique.

2^ A cet avantage spécial des locomotives électriques il faut en ajouter d'autres certainement importants, résultant du fait que les moteurs peuvent être placés à proximité des essieux et logés dans le truck lui-même : c'est d'abord la possibilité de supprimer toute liaison entre les essieux et le châssis, et, par suite, de faire reposer celui-ci entièi'ement sur bogies, ce qui permet d'étendre le chc^ssis et, d'autre part, donne à la locomotive une extrême souplesse^ irréalisable avec la locomotive ordinaire à deux paires de roues couplées et a fortiori avec les locomotives à marchandises ou mixtes; c'est, en second lieu, l'obtention aisée de Vadhérence totale^ grâce à la possibilité d'appliquer un moteur à chaque essieu.

Ces derniers avantages ne sont pas absolument le privilège de la locomotive

* Cf. Rapport de M. Mazen à la C'« de TOuest sur la locomotive Heilmann, 9 février 1895. Cette supériorité de la traction électrique, signalée par un ingénieur du service de la traction d*une grande C** de chemins de fer, est admise aussi par d'autres spécialistes également distingués, tels que MM. Deharme et Pulin {Maténel roulant^ p. 296).

électrique, car presque toutes les locomotiTes à grande vitesse sont construites aujourd'hui avec un bogie porteur à Tavant, qui leur donne une souplesse en général suffisante; d'autre part, on a pu, sans réduire cette souplesse, rendre moteurs tous les essieux par remploi du dispositif compound de M. Mallet type de la locomotive du Saint-Gothard^). Enfin l'emploi de quatre cylindres sur les locomotives compound d'express du type le plus employé en France permet de diviser la puissance motrice entre deux essieux et d'équilibrer dans une certaine mesure les efforts moteurs et les forces d'inertie.

Mais ces avantages peuvent être poussés plus loin et obtenus plus simplement dans la locomotive électrique que dans la locomotive à vapeur telle qu'on la construit actuellement. On peut en outre se dispenser plus aisément des bielles d'accouplement, qui, dans les courbes de faible rayon, sont sujettes à des efforts souvent excessifs, et, en tout cas, diminuent la souplesse de la machine.

La locomotive électrique présente, à ce point de vue, des dispositions particulièrement favorables pour la traction sur les voies de montagne, où les courbes sont fréquentes et à faible rayon, et où l'on a besoin d'une forte adhérence.

Sur les lignes ordinaires^ l'adhérence réalisée par les locomotives à vapeur, bien que beaucoup plus faible', est bien suffisante, en général, et c'est la puissance de la chaudière seule et non l'insuffisance d'adhérence qui limite les rampes; aussi voit-on employer en Angleterre, sur certaines lignes, pour les trains de voyageurs à grande vitesse, des locomotives à un seul essieu moteur dont le poids adhérent n'atteint pas 20 tonnes'. Quant aux courbes, elles sont d'assez grand rayon sur ces lignes pour que la souplesse obtenue à l'aide d'un seul bogie soit suffisante.

L'emploi des bogies est cependant avantageux à d'autres points de vue : en laissant un grand espace disponible au-dessus du châssis, il permet d'y loger, soit une grande caisse, soit, dans le cas particulier de la locomotive Heilmann, une plus puissante chaudière; en outre, il semble assurer, comme nous allons le voir, un meilleur coefficient de traction.

3® Ainsi que cela est naturel, la locomotive électrique présente, déduction faite de la résistance de l'air, un coefficient de traction comparable à celui des automobiles ou des voitures ordinaires de chemins de fer, suivant qu'elle est à engrenages ou à commande directe. Dans ce dernier cas, le travail néces-

* Cette machine, mise en service en 1891, est à sii essieux couplés; elle présente en ordre de marche un poids adhérent de 85 t. Elle développe un effort pratique de traction à la jante de 10 000 kg. environ et un eifoi*t maximum théorique de 14 500 kg. Si Ton compare ces chiffres à ceux d'une locomotive électrique à marchandises, celle du Baltimore and Ohio R. R., qui présente un poids adhérent de 85 t. et un effort maximum de 18 000 kg., réduit par l'adhérence (1/7) à la valeur pratique de 13 000 kg., on voit que la locomotive électrique, considérée indépendamment de la production du courant, reste un engin supérieur, même pour ce service particulièrement difficile.

' D'après le tableau de la page 490, on voit que le poids adhérent des meilleures locomotives est une petite fraction (1/2 à 1/3} de leur poids total. Par exemple, la locomotive compound du Nord, type primitif, qui pèse 83 t., a 30 t. seulement de poids adhérent en ordre de marche.

' Par exemple, les locomotives du Great Western et du North Eastern, à roues indépendantes, dont le poids adhérent n'est que de 18 t.

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES 485

saire pour la remorquer est de beaucoup inférieur à celui qu'exige une locomotive à vapeur de même poids, par suite de Timportance des frottements du mécanisme dans celle-ci et de la compression de Tair appelé dans les cylindres. Ce travail dépasse 3 kg. par tonne à 80 km : h. ', lorsque la machine descend une pente en vertu de la gravité, à régulateur fermé, et ne permet pas à la locomotive à vapeur de descendre par gravité des pentes que la locomotive électrique sans engrenages descend aisément. Par exemple, la locomotive Heilmann descendait avec son train des pentes de 8 mm. par mètre à des vitesses de plus de 100 km : h. à régulateur fermé.

D'autre part, M. Mazen a trouvé dans ses mesures exécutées sur la locomotive Heilmann un coefficient de traction total de 7,5 kg. par tonne à la vitesse de 100 km : h., tandis que les locomotives à vapeur atteignent à la même vitesse jusqu'à 14 kg. à régulateur fermé ^. La différence de 6,5 kg. ainsi mise en évidence peut provenir pour une petite part des formes plus effilées à l'avant de la locomotive Heilmann ; mais elle est due pour beaucoup aux frottements du mécanisme et notamment au travail décompression de l'air dans les cylindres de la locomotive à vapeur et serait par conséquent réduite à 3 ou 4 kg. dans la marche normale à régulateur ouvert; en effet, dans ce cas, il faut retrancher tout ce qui est relatif au frottement du mécanisme, lequel doit être compté dans le rendement du moteur. En tenant compte de cette correction, la différence n'est plus bien grande, et Ton ne peut attribuer qu'une faible partie de la diminution de résistance à la réduction des pertes d'énergie occasionnées par les trépidations du mécanisme, par le mouvement de lacet 'et par les chocs que subit la machine au passage des inégalités de la vole. Les bogies de la machine Heilmann , avec leurs quatre essieux rapprochés , peuvent passer sur ces inégalités sans subir de dénivellation sensible^ tandis que les essieux plus chargés et plus écartés des locomotives ordinaires descendent au passage de chaque dépression ^. En admettant même que deux des essieux du bogie s'abaissent, le pivot de celui-ci ne descendra que d'une quantité plus faible.

Cette diminution deschocs, en même temps qu'elle réduit le travail nécessaire pour la traction, peut entraîner une certaine diminution des oscillations de la machine et de la fatigue de la voie; mais les ingénieurs de chemins de fer ne semblent pas jusqu'ici y attacher beaucoup d'importance pratique.

Il faut ajouter que le poids non suspendu appliqué aux essieux moteurs est beaucoup plus faible dans une locomotive électrique que dans une locomotive à vapeur : par exemple, dans la locomotive Heilmann, où le poids supporté par chaque essieu atteint 15 tonnes, le poids non suspendu n'est que de 1 500 kg., au lieu de 3 tonnes dans certaines locomotives à vapeur.

4« Une autre différence qui résulte de l'emploi des moteurs électriques

* Cf. Desdouits, Revue générale des chemins de fer,

Noas ne parlons pas ici du mécanisme de la station centrale, pour le motif indiqué plus haut.

* llapportdéjà cité de M. Mazen, auquel appartient la responsabilité de ces chiffres. ' Cf. Deharme et Pulin, loc. cit,, p. 62.

* Il y aurait là un effet plus ou moins analogue à la réduction importante du frottement de roulement sur route obtenue pour les voitures par la substitution d'un bandage déformable (pneumatique) au bandage ordinaire rigide des roues.

c'est la possibilité d'employer des roues beaucoup plus petites que celles des locomotives à vapeur: comme nous Tavons dit, les diamètres de 1,00 à 1,30 m. sont des maxima sur les locomotives électriques ; il en résulte qu'on peut abaisser davantage le centre de gravité de la machine et réaliser ainsi une résistance plus grande au renversement.

Mais, en pratique, cet avantage, qu'on invoque souvent en faveur de la locomotive électrique, est plus apparent que réel ; car la locomotive à vapeur présente aujourd'hui une stabilité surabondante, qui a permis dans les locomotives américaines de surélever sans inconvénient le corps cylindrique au-dessus des roues. De l'avis de spécialistes très compétents', l'emploi des grandes roues présente même de sérieux avantages : une douceur plus grande au passage dans les courbes et une moindre tendance au ripement de la voie ; l'effort de renversement transmis au rail extérieur se rapproche en effet davantage de la verticale, les oscillations du chÂssis sous l'effet des ressorts sont plus longues et le roulement est plus doux.

La véritable amélioration de stabilité que peuvent offrir les locomotives électriques proviendra plutôt de la réduction des chocs auxquels nous venons de faire allusion; elle peut être assez importante.

6<* Une dernière propriété spéciale à la locomotive électrique, qu'elle soit alimentée par une ligne aérienne ou par une source d'énergie qu'elle transporte, c'est l'indépendance absolue qui existe entre sa vitesse de marche et la vitesse de rotation des machines génératrices.

Le nombre de coups de piston d'une locomotive à vapeur est proportionnel à la vitesse de marche ; sur les rampes, où l'on est forcé de ralentir pour ne pas dépenser plus de vapeur que n'en produit la chaudière, le nombre de coups de piston diminue, tandis qu'on a besoin, au contraire, d'augmenter le travail par unité de temps. C'est là une circonstance très défavorable, à deux points de vue : d'une part, elle force à accroître beaucoup le travail réalisable par coup de piston, et par suite à augmenter les dimensions du cylindre ; d'autre part, les variations de puissance ne peuvent être obtenues qu'en faisant varier la détente dans de très grandes limites, d'où résulte un abaissement du rendement moyen.

Avec la locomotive électrique, il en est tout autrement : on peut maintenir la vitesse des machines génératrices constante, ce qui réduit la variation de travail par coup de piston à être simplement proportionnelle à la puissance dépensée; on peut même aller plus loin et rendre, comme l'a fait M. Heilmann, le travail par coup de piston sensiblemeat constant, en maintenant la détente la plus économique et faisant varier la vitesse des génératrices proportionnellement à la puissance nécessaire. La possibilité de ces deux méthodes résulte de l'extrême souplesse des transmissions électriques comparées aux tratismissions mécaniques.

On pourrait, il est vrai, réaliser des locomotives à vapeur ayant un mode de transmission autre que le mode actuel, en plaçant, par exemple, sur le ch&ssis une machine à vapeur équilibrée analogue à celle de la locomotive

' Cf. Rapport sur les locomotiyes à grande Titesse, par M. J. à. R. Aspinali, Congrèa des chemins de fer, Londres, 1895, et M. M. DemouUn, Bulletin du Congrès des chemins de fer, 1896.

Heilmann et actionnant les essieux moteurs par des engrenages à réduction Tariable. Mais ce serait au prix d'une plus grande complication des organes d*un appareil dont la simplicité constitue Tune des plus grandes qualités et d'une révolution complète dans le mode de construction actuel; le mécanisme ne résisterait pas aux chocs; enfin, il serait à peu près impossible de rendre moteurs par ce moyen les essieux du bogie d'avant. On peut donc considérer que les avantages que nous venons de signaler sont bien la conséquence directe de la transmission électrique de Teffort moteur aux essieux.

Les avantages des locomotives électriques considérées comme matériel roulant sont, en résumé, les suivants, par ordre d^importance :

Coefficient de traction comparable à celui d'une voiture ordinaire mise en tète d'un train, grâce à la suppression des résistances spéciales de la marche à régulateur fermé * ;

Absence de réactions oscillatoires provenant du mécanisme moteur ;

Souplesse extrême du véhicule résultant de la suspension sur bogies ;

Indépendance complète entre la vitesse de marche et la vitesse de la machine génératrice ;

Adhérence totale;

Accessoirement, possibilité d'exagérer autant qu'on le veut la résistance au renversement.

Poids, puissance et rendement des locomotives électriques à alimentation extérieure. — Il nous reste maintenant à examiner les locomotives électriques au point de vue de leur poids, de leur puissance et de leur rendement, et à partir d'ici, il nous faut distinguer deux cas, suivant la façon dont elles reçoivent l'énergie.

La locomotive à prise de courant extérieure n'a besoin d'aucun approvisionnement de combustible ni d'eau. Par suite, son poids peut être réduit au minimum nécessaire à l'adhérence. La caisse pouvant être utilisée pour une charge utile, la machine présente un poids mort réduit théoriquement à celui des moteurs seuls, c'est-à-dire extrêmement faible.

* Abstraction faite toujours du rendement de Tusine génératrice, qui entre dans le rendement total du système de traction, mais non dans le coefficient de traction de la machine au sens exact de ce terme.

A ce point de vue S la locomotive à vapeur ne peut lutter contre la locomotive électrique , bien qu'on ait fort accru sa puissance spécifîque en augmentant la pression de la vapeur, la surface de chauffe et la surface de grille» la puissance de vaporisation (par le tirage artificiel), Tutilisation de la vapeur (par le système compound) et la puissance sur les rampes (par la surchauffe préalable de l'eau).

Le tableau de la page 490 indique quels étaient, en 1895, les types les plus puissants de locomotives employés sur divers réseaux français et étrangers; bien qu'un peu ancien déjà, il nous a paru intéressant à reproduire ici, parce qu'il contient des données ramenées à une même base de comparaison. Mais de nouveaux progrès ont été réalisés depuis cette époque ; en particulier, les Compagnies françaises du Midi, du P.-L.-M., du Nord, etc., ont construit des types plus perfectionnés et plus puissants. La nouvelle machine compound du Nord français, par exemple, présente les caractéristiques suivantes, qui donnent une idée des résultats obtenus :

Surface de grille 2,30 m*

— de chauffe totale 175,58 —

Volume des cylindres 397 dm'

Pression dans la chaudière par cm' 15 kg.

Effort de traction à la jante à 100 km : h . . 3 080 —

Puissance maxima indiquée à 100 km : h. . 1 300 chev.

Rapport du travail au crochet du tender disponible à 100 km : h. au travail indiqué. . 0,50

Puissance disponible au crochet 650 chev.

Effort de traction correspondant 1 820 kg.

Poids de la machine seule à vide 46 200 —

— — en ordre de marche . . 50 140 —

Poids du tender à vide 20 140 —

— — pleiu 41040 —

On voit que les locomotives à vapeur à grande vitesse des derniers modèles pèsent 45 à 55 t. en ordre de marche, à quoi il faut ajouter pour le tender et ses approvisionnements moyens 25 à 35 t., soit en tout 70 à 90 t., pour une puissance indiquée qui peut atteindre 1 000 à 1300 chev., ce qui fait 70 à 90 kg. par

* Pour la discussion qui suit, on pourra utilement se reporter aux indications données plas loin sur Tadhérence et Tinfluence du poids mort dans la traction (t. Il, chap. XIII, a 2.);

cheval indiqué' et 80 à 110 kg. par cheval utile à la jante des roues dans la marche en palier; tandis que les moteurs d'une locomotrice électrique capable d'effectuer le même travail utile en traînant un train dont elle fait partie elle-même (puisqu'elle sert de véhicule) peuvent ne pas peser plus de 20 à 25 kg. par cheval et qu'une locomotive électrique complète, non lestée, peut ne pas peser plus de 50 à 60 kg. par cheval à la jante des roues. Les poids des locomotives décrites ci-dessus dépassent souvent 100 kg. par cheval, mais c'est parce qu'on a cherché, par l'emploi de châssis très lourds et lestés après coup, à réaliser de grands efforts adhérents.

Il est à remarquer, en effet, que l'effort maximum de traction à la jante des roues des locomotives électriques est très élevé relativement à leur poids. Par exemple, pour les locomotives de la General Electric Co. de 30 à 90 tonnes (p. 452 et 453) cet effort varie entre 0,16 et 0,20 du poids total de la locomotive, au lieu que pour les locomotives à vapeur il varie seulement entre 0,07 et 0,08 du poids total en ordre de marche^.

Les locomotives de 90 tonnes du Baltimore and Ohio R.R. développent pour la traction des trains de marchandises un effort normal à la jante des roues de 18000 kg., soit 1/5 de leur poids ; au démarrage, on a même pu atteindre 27000 kg., soit 1/3,3 du poids total, tandis que les locomotives de marchandises à vapeur ne donnent guère plus de 1/6 de leur poids total.

Pour les locomotives des mines, la différence est de même ordre : par exemple, la locomotive de 200 chev. de la 0° Westinghouse décrite plus loin (p. 538) et qui pèse 110 kg. par cheval donne un effort maximum égal au 1/4 de son poids, tandis que les locomotives à vapeur équivalentes ne donnent que 1/8 à 1/6.

Le lest est nécessaire si Ton veut tirer complètement parti de cet effort sans risquer le patinage.

Mais, pour des machines à voyageurs, l'emploi de ce lest nous paraît être une erreur ; les locomotives électriques que nous avons

* En réduisant les dimensions du tender et en prenant de l'eau en cours de route, on peut descendre à <fô kg. par cheral (Ci*. Du Bousquet, Bulletin de la Société dee Ingénieurs civils^ 1896).

' Nous parlons de l'efTort maximum au démarrage ; en marche, TefTort maximum n'atteint que 0,05 à 0,06 du poids total.