CHAPITRE VIII

MATÉRIELS APPLICABLES A DES CAS SPÉCIAUX : SERVICES A GRANDE VITESSE; MONORAILS; LIGNES A FORTES RAMPES

Nous examinerons rapidement dans ce chapitre divers matériels spéciaux dont Tétude n*a pu trouver place dans les précédents.

§ 1. — Matériels spéciaux pour grandes vitesse*s

Généralités. — Comme nous l'avons déjà dit (t. I, p. 497), un cas particulièrement favorable à la traction électrique est celui des services à grande vitesse. De fait, la locomotive électrique tient actuellement la tète au point de vue de la rapidité, car dans les essais de MM. Weems et Grosby, sur lesquels nous reviendrons plus loin, on a atteint une vitesse de plus de 180 km : h. qui bat le maximum de 160 km. environ réalisé par la locomotive à vapeur.

Nous avons indiqué précédemment pour quels motifs Télectricité l'emporte dans ce cas sur la vapeur et on le verra avec plus de détails au chapitre de la Traction^ par l'étude des conditions de naarche correspondantes. On peut admettre ici que, pour des vitesses de 150 km : h., la locomotive et surtout Tautomobile électriques sont seules acceptables. L'objet du présent paragraphe est d'indiquer les dispositions spéciales que doit remplir un matériel permettant d'atteindre ces vitesses et de donner quelques exemples de dispositifs expérimentés ou projetés.

Pour pouvoir réaliser une marche très rapide, il faut avant tout

TRACTION ÉLECTBIQUE. — T. II. 1

une voie libre, une structure solide et des voitures stables actionnées par des moteurs puissants.

On peut dire que Taugmentation de vitesse des trains de chemins de fer a constamment suivi les progrès du matériel. Ainsi c'est en Angleterre, où la voie est le plus robuste, qu'on marche le plus vite en moyenne.

Dans le cours des dernières années, des vitesses de 130, 150 et même exceptionnellement 160 km : h. ont été atteintes sans inconvénient dans dififérents pays par des trains express, à la descente de pentes et dans des cas spéciaux, sur des voies particulièrement solides.

Mais, pour réaliser en service courant des vitesses notablement supérieures, atteignant par exemple 200 ou 250 km : h. S il faudrait renforcer encore les voies actuelles, peut-être môme en changer complètement le mode de construction pour le mettre en rapport avec les exigences nouvelles.

Le tracé devrait, bien entendu, éviter les courbes raides et les fortes rampes, bien qu'à ce dernier point de vue on ne soit pas enfermé dans des limites aussi étroites avec la traction électrique qu'avec la traction à vapeur.

Pour réduire le poids mort des trains au strict minimum, tout en réalisant le maximum d'adhérence, on devrait, comme nous l'avons indiqué déjà, faire usage d'automobiles ou de voitures locomotrices montées sur des bogies à 2 ou 3 essieux moteurs ; on a vu aussi qu'on pourrait facilement arriver dans ce cas à loger dans le truck une puissance suffisante.

Le montage sur bogies est d'ailleurs indispensable pour assurer la souplesse et la stabilité des véhicules et diminuer la fatigue de la voie aux grandes vitesses. On sait, en effet, que les voitures de chemins de fer ont une allure d'autant plus régulière et plus sûre aux grandes vitesses que l'écartement extrême de leurs essieux est plus grand ; les bogies permettent d'accroître considérablement cet écartement, tout en procurant la flexibilité nécessaire pour le

' Il est difficile, même au point de vue théorique, de dépasser la vitesse de 250 km : h. avec le système actuel de véhicules sur roues: la vitesse est, en eli'et, limitée par la résistance du métal des roues, qui tend à éclater sous l'action de la force centrifuge ; pour des roues en acier de 2,50 m. de diamètre, la limite de sécurité est à peu près atteinte à la vitesse de 250 km. àTheure.

passage dans les courbes. Un autre élément de stabilité est le poids : une voiture lourde présente une inertie considérable, qui ne saurait être surmontée facilement par les chocs dus aux dénivellations de la voie. Lorsque ces chocs se reproduisent périodiquement, comme c'est le cas pour ceux occasionnés par les joints des rails, il est essentiel que la durée d'oscillation propre du véhicule, considéré comme un système oscillant sous l'action des ressorts de suspension, soit très longue par rapport à l'intervalle de ces chocs, pour qu'il ne puisse y avoir synchronisation et par suite renforcement des oscillations. A ce point de vue encore, les grandes voitures à bogies, qui ont un poids total très élevé et une période d'oscillation très lente, possèdent une sérieuse supériorité sur les véhicules plus courts et plus légers.

Les moteurs seront accouplés directement aux essieux. Ces moteurs étant très gros, on devra adopter de grands diamètres pour les roues motrices ; c'est d'ailleurs une condition favorable à la réalisation de grandes vitesses, mais qui conduira, si l'on ne veut pas trop élever le centre de gravité de la voiture *, à placer le compartiment à voyageurs entre les deux bogies, en abaissant le plancher le plus possible.

Pour diminuer la résistance atmosphérique, il sera utile de munir l'avant du véhicule moteur d'une proue coupante, de supprimer toutes les saillies latérales, et, si le train est composé de plusieurs voitures, de les relier entre elles par des soufflets, de manière à constituer une sorte de bloc parallélipipédique oQ^rant le moins de prise possible à l'air.

Exemples. — Les premiers essais, à notre connaissance, de traction électrique à très grande vitesse ont été exécutés en 1889 par MM. D, G, Weertu et 0. T. Crosby, à Laurel (Maryland), pour TElectro-Automatic Transit Co., de

* On tend actuellement, surtout en Amérique, ainsi que nous Pavons déjà signalé plus haut, à élever le centre de gravité des locomotives à grande vitesse : il a été reconnu que cette élévation diminue la fatigue de la voie, en réduisant les chocs latéraux et la poussée sur le rail extérieur dans les courbes; les oscillations d'une machine dont le centre de gravité est élevé sont aussi plus longues que celles d'une machine basse, ce qui rend sa marche plus aisée. Mais on ne doit pas perdre de vue qu'au passage des courbes à grande vitesse la tendance au renversement est plus grande lorsque le centre de gravité est élevé ; il y a, de plus, dans ce cas, danger de déraillement vers Tintérieur, par suite de la diminution de charge sur le rail intérieur. Ces dernières considérations nous paraissent prépondérantes lorsqu'il s'agit de véhicules destinés à circuler à très grande vitesse.

Baltimore. Encore ces essais furent-ils faits sur une très petite échelle, car te but poursuivi était simplement Torganisation d*un service automatique de* transport de petits colis entre localités rapprochées; le véhicule employé dans* les expériences ne pouvait contenir même une seule personne ^

Ce véhicule (fig. 453) consistait en une caisse étroite de 0,76 m. de hauteuf, 0,62 m. de largeur et 3,96 m. de longueur, terminée par deux têtes pyramidales et montée sur deux essieux. Chacun de ces essieux était attaqué par um moteur Sprague à commande directe, construit pour développer 20 chev. à Itf vitesse normale de 3 000 tours par minute, correspondant à 400 km : h.

L'ensemble, qui pesait 2,5 t. environ, roulait sur une voie de 0,70 m. d^écar-^ tement, formant une boucle fermée de 3 km. de longueur et constituée par des

ÉiévalioQi

Coupe ^ longitudinale.

Coupe transversale.

Plan.

Fig. 453. — Essais Weems-Crosby. — Détails du véhicule.

rails Vigoole de 8 kg. posés sur traverses; une charpente continue en bois, élevée sur ces traverses, soutenait au-dessus de Taxe de la voie un rail renversé servant de conducteur (fig. 454). La prise de courant s'effectuait au moyen de balais en cuivre appuyés contre ce rail par des ressorts ; le retour avait lieu par la voie. La tension employée était de 500 volts et le réglage de la vitesse s'opérait par des modifications de voltage à l'usine génératrice, placée à l'intérieur de la

boucle.

La structure de la voie était malheureusement trop légère et il s'en est fallu de beaucoup qu'on atteignît le nombre de tours indiqué ci-dessus : la plus grande vitesse réalisée a été d'environ 184 km : h.

Les expériences, interrompues prématurément par les déraillements continuels de la voiture et par la désorganisation de la voie, ont néanmoins fourni des données intéressantes, et que nous résumons au chapitre xiii, concernant la résistance atmosphérique aux grandes vitesses.

Les autres essais de traction électrique à grande vitesse sont restés jusqu'ici à rétat de projet, à l'exception d'une très intéressante expérience en cours à l'Exposition de Bruxelles (Express-Eclair Monorail Bthr\ dont nous parlerons ^u paragraphe suivant. La ligne en construction entre Baltimore et Washing-

* Cf, « Report on High Speed Electric Railway Work >, par M. 0. T. Crosby {Amer Inêi, ofEL Eng., 1891).

ton (Columbia and Uarytand B. R.)i préseotaiit une longueur de 60 km. qui devra être franchie, d'après l'horaire, en moins de 45 minutes, ce qui nécessitera en certains points du parcours une vitesse de iOO Icm : h., ne peut être rangée proprement dans la catégorie des chemins de fer h très grande vitesse; l'exploitation de cette ligne sera néanmoins suivie avec le plus grand intérêt, car elle permettra de résoudre expérimentalement bien des questions qui se posent dans ce genre de service.

Ptous ne mentionnerons qu'en passant un projet déjà ancien du IK Wel-

¥ig. 154. — Elsais Wcems-Croabf. — Vus d'ensemble de la voie et du véMcule.

lington Adam* pour la construction d'un chemin de fer électrique à grande vitesse entre Cliicago et Saint-Louis. Le tracé serait absolument en ligne droite. La vitesse de marche atteindrait 180 km. h. l'heure. La figure 455 montre la disposition proposée pour les voitures; elles seraient portées par deux bogies à deux paires de roues inégales (0,80 m. et 1,80 m. de diamètre respectivement] ; la charge reposerait presque en totalité sur les grandes roues, dont l'essieu serait attaqué direclement par un moteur h courants alternatifs de 200 chev.; le plafond de la caisse ne s'élèverait qu'à 2,10 m. au-dessus du niveau des rails, et le centre de gravité serait au-dessous des essieux moteurs. L'avant serait muni d'une proue coupante, en arrière de laquelle se trouverait la cabine du mécanicien; le compartiment à voyageurs serait placé entre

les deux essieux moteurs. L'automobile complètement équipée ne pèserait que 10 1. Le système de distribution serait le système polyphasé; la hgne, dont la longueur totale serait de 400 km., comprendrait S5 sections secondaires alimentées chacune en son milieu par un transformateur abaissant à 3000 volts le courant transmis par une ligne primaire à la tension de 35 000 volts. Cette étude parait malheureusement encore peu sérieuse.

Un projet mieux étudié est celui d*un chemia de fer électrique à grande vitesse de 240 km. de longueur entre Vienne et Budapest, qui a été présenté par M. Cari Zipemowski, directeur de la maison Ganz et C*^', au Congrès de Francfort en 1891 *.

Ce projet repose sur l'hypothèse d'un service analogue à un service de tramway, réalisé par des voitures automobiles isolées se succédant à des intervalles de 10 à 60 minutes, suivant les heures de la journée. La vitesse maxima prévue est de 250 km. à Theure. La ligne serait alimentée par deux usines génératrices situées à 60 km. environ de chacune des extrémités ; un courant alternatif primaire à 10 000 volts, produit dans ces stations, serait transmis par des conducteurs aériens à des sous-stations de transformation, d'où des courants secondaires à i 000 volts environ seraient amenés aux voitures par deux rails conducteurs placés à Tintérieur de la voie.

La voiture qui a été construite comme modèle dans les ateliers de la maison Ganz est un véhicule à bogies contenant 40 places, 2 cabinets de toilette et des compartiments pour la poste et pour les appareils de régulation (fig. 456). Elle mesure 45 m. de longueur, 2,15 m. de largeur et 2,20 m. de hauteur, et se termine à ses deux extrémités par des avant-becs à profil parabolique. Les parties situées au-dessus des bogies sont exclusivement consacrées à la machinerie ; elles sont séparées du compartiment des voyageurs, placé entre les deux trucks, par une cloison en tôle avec porte de communication et isolées de même de la cabine du mécanicien, située tout à fait à l'extrémité de la caisse, pour les préserver des courants d'air violents qui se produiront à travers les ouvertures des bogies. La carcasse de la caisse est constituée par un système de poutres longitudinales, à montants espacés de 1,50 m., fortement entretoisées en bas et en haut.

La caisse repose par l'intermédiaire de 16 paires de ressorts spiraux sur deux bogies à deux essieux, de 5 m. d'empattement, écartés de 30 m. d'axe en axe. Les ressorts sont enfermés dans des boites télescopiques flxées à la carcasse de la caisse et pouvant glisser sur des portées en arc de cercle ménagées sur le châssis des bogies; le mouvement de rotation de ceux-ci autour de leur pivot est d'ailleurs très limité : le jeu latéral de l'extrémité du châssis, correspondant à un rayon de courbure minimum de 1 000 m., n'est que de 16 mm.

Chaque essieu, muni de roues pleines à double disquede 2,50 m. de diamètre, est attaqué par un moteur gearlesss de 200 chev., dont les inducteurs sont supportés par le châssis sans intermédiaire élastique.

Le courant est capté sur les rails conducteurs au moyen de deux paires de galets à gorge de grand diamètre, montés sur chacun des bogies. Ces galets sont constitués, comme les roues motrices, par deux disques en tôle d'acier comprenant entre eux un bandage facile à remplacer ; ils sont isolés l'un de l'autre, ainsi que du reste de la voiture, et transmettent le courant aux moteurs par l'intermédiaire de frotteurs de cuivre.

Toute la machinerie peut être inspectée d'une passerelle étroite montée au-dessus des essieux.

Les appareils de sécurité comprendront un frein électrique et un frein Wes-

* Voir dans ÏElektrotechnische Zeitschrift, 2 et 9 octobre 1891, le mémoire original de M. Zipemowski, auquel nous renvoyons pour les détails du projet.

tinghouse, un tampon de choc à air, et un puissant projecteur destiné à éclairer la route jusqu*à 2 km. de distance.

L'ensemble de la voiture pèsera 60 t. environ en charge.

Pour permettre à ces automobiles de réaliser la vitesse de marche annoncée de 250 km : h., M. Zipernowski a prévu pour leur roulement une ligne absolument spéciale, dans le tracé de laquelle il n'a pas hésité à porter la limite

Coupes longitudinales et élévation partielle.

Vue par bout. Coupe AB.

Coupe CD. Essieu monté.

IçJieJle

Coupe G H.

Coupe JfL

IS

Pig. 456. — Projet de chemin de fer à grande vitesse entre Vienne et Budapest.

Voiture automobile.

des déclivités à 10 mm. pour ne pas réduire le rayon des courbes au-dessous de 3000 m. Cette ligne serait à double voie, sans aiguilles, et les deux voies seraient séparées par un intervalle de 10 m., pour éviter les chocs d*air trop violents au croisement des voitures. Chaque voie serait constituée par des rails Vignole de 180 mm. de hauteur, à patin large, pesant 50 kg. au mètre courant et Axés sur des traverses en acier coulé, ancrées elles-mêmes sur une

fondation continue en béton, sur laquelle les rails reposeraient dans Tintervalle des traverses.

La sécurité de Texploitation serait assurée par une sorte de block-system automatique ; la ligne serait à cet effet divisée en sections mesurant au plus 2 km. de longueur.

M. Zipernowski évalue les dépenses de construction de celte ligne à 200 ou 250 millions de francs, pour une longueur de 240 km., soit environ un million par kilomètre.

Conditions dans lesquelles pourrait être réalisée pratiquement la traction à grande vitesse. — La réalisation d'un projet tel que celui de M. Zipernowski ne présente rien d'impossible au point de vue purement technique et, dans ses prévisions. Tau leur parait avoir péché plutôt par excès que par défaut de prudence. La principale, sinon la seule, difficulté pratique réside dans la dépense considérable que nécessiterait l'établissement d'une ligne ainsi conçue.

Cette dépense ne parait malheureusement pas susceptible de bien fortes réductions, comme on peut s'en convaincre en examinant un à un les principaux éléments d'une telle entreprise, même réduite à des proportions plus modestes ; car il ne parait pas utile de chercher à réaliser dès maintenant des vitesses de 250 km : h., et si l'on arrivait seulement à doubler la vitesse commerciale de nos grands express, qui ne dépasse guère 80 km : h., on obtiendrait déjà une amélioration considérable du service actuel.

Proposons-nous donc comme but la réalisation d'une vitesse commerciale de 150 à 160 km : h. Une vitesse maxima de 200 km : h. suffira probablement, car l'électricité permet de rapprocher la vitesse commerciale de la vitesse limite, en diminuant les ralentissements sur les rampes et en accélérant les démarrages.

Avec l'encombrement actuel des lignes à grand trafic, qui seules peuvent motiver l'emploi des grandes vitesses, on ne peut, sous peine de bouleverser tous les horaires et de rendre l'exploitation normale impossible, songer à lancer des trains à la vitesse de 200 km : h. sur les voies suivies par les convois ordinaires. Il serait donc indispensable de doubler les lignes existantes, comme on l'a déjà fait pour les < trunk lines > américaines, qui sont à 4 voies spécialisées respectivement pour les trains de marchandises et omnibus et pour les express. Mais en Europe, où les compagnies de chemins de fer ne possèdent en général que le terrain strictement nécessaire à l'assiette de leurs voies, ce doublement ne pourrait s'effectuer qu'en créant des lignes entièrement neuves, avec une plate- forme spéciale.

Dans le tracé de ces lignes, on serait un peu moins limité pour les déclivités qu'on ne l'a été pour les grandes artères de nos réseaux, car une augmentation des rampes n'exige pas avec la traction électrique par automobiles, comme avec la traction à vapeur, une augmentation du nombre des essieux couplés : c^est uniquement une question de puissance des moteurs.

Pour pouvoir réaliser de grandes vitesses, ce sont surtout les courbes qu'il faudrait adoucir le plus possible. Néanmoins, il ne parait pas nécessaire de fixer, comme l'a fait M. Zipernowski, le rayon minimum à 3 000 m. Dans une courbe de 900 m. sans dévers, il n'y aurait théoriquement de danger de renverse* ment par la force centrifuge, pour les véhicules à centre de gravité très bas que

nous considérons, qu*à des vitesses supérieures à 250 km : h. ^ Le surhaussement du rail extérieur vient encore augmenter la limite de sécurité. En renforçant convenablement la voie en ces points et tenant compte de ce que les automobiles à bogies seront plus douces pour la voie, surtout à rentrée et à la sortie des courbes, que les locomotives ordinaires, il semble bien qu'on pourrait abaisser sans danger le rayon à 1000 m. et même 900 m., c'est-à-dire se rapprocher sensiblement des conditions d'établissement des grandes lignes françaises.

La double voie serait indispensable, par suite de Timpossibilité de réaliser de grandes vitesses avec la voie unique. Mais on reconnaîtrait sans doute la possibilité de donner àTentre-voie une largeur moindre que 10 m.; il est probable qu'il suffirait d'augmenter de 3 ou 4 m. au plus l'entre-voie actuelle, en la portant à 5 ou 6 m.

En ce qui concerne la structure même de la voie, il n'est pas douteux qu'il ne faille augmenter dans de fortes proportions la résistance des voies existantes. Mais il est bien difficile de déterminer exactement dans quelle mesure, ni même quel serait l'accroissement de fatigue résultant d'une pareille augmentation de vitesse, car parmi les facteurs les plus importants de cette fatigue figurent les actions dynamiques dues aux chocs anormaux, actions qu'on sait croître rapidement avec la vitesse, mais sur la valeur absolue desquelles on ne peut faire jusqu'ici que des hypothèses.

D'après les opinions les plus autorisées, telles que celle de M. P. H. Dudley ^, ringénieur américain bien connu, une voie en rails de 50 kg. bien rigides, fixés sar des traverses rapprochées et assises sur du bon ballast, suffirait, dans les conditions d'exploitation actuelles, pour rendre la circulation absolument sûre jusqu'à 160 km : h. environ. Mais pour des vitesses très supérieures, allant jusqu*à 200 km : h., ni la théorie ni l'expérience ne donnent d'indication précise et l'on ne peut plus faire que des déductions plus ou moins hasardées.

Il est vrai qu'à égalité de masse et de vitesse les automobiles électriques fatigueront moins la voie que les locomotives à vapeur, pour les motifs indiqués plus haut (t. I, p. 482) : absence à peu près complète de mouvements de lacet et de galop, suppression du pilonnement dû à Toscillation verticale des bielles et à la présence des contrepoids, enfin diminution des porte à faux et égalisation de la charge sur les essieux résultant du montage sur bogies. En supposant même que l'exploitatioD, au lieu de se faire par voitures isolées, comporte des trains de 2 ou 3 voitures, ces trains électriques de 120 ou 140 t. au maximum seront incontestablement plus doux pour la voie ferrée que les express actuels de 300 t., et une voie présentant la même solidité que les meilleures voies

* En effet, en sapposant que le véhicule ait son centre de gravite à 1,25 m. au>dessus du niveau des rails, la condition de stabilité, sur une voie normale sans devers, est

^ K — 2 J,25 A la vitesse de 250 km : h. ou environ 70 m. par seconde, on a donc

9,81 il - "'^^

ce qui donne pour limite R = 875 m.

• Proceedings Atnei\ InsL of El, Eng,y 24 février 1891.

existantes permettrait saos doute de réaliser avec rélectricité un certain accroissement de vitesse par rapport aux limites qu'il y aurait aujourd'hui danger à dépasser avec la traction à vapeur.

Mais, en dépit de ces conditions favorables, pour faire circuler des trains avec sécurité à la vitesse de 200 km : h., il est certain qu'il sera nécessaire de ren* forcer notablement les voies actuelles : on devra employer des rails encore plus lourds, rapprocher les traverses autant qu'on pourra le faire sans nuire au bourrage, augmenter l'épaisseur du ballast, qui devra être d'excellente qualité et que Ton sera, par suite, généralement obligé de faire venir de loin; dans les courbes, des moyens spéciaux de consolidation devront être appliqués pour mettre la voie en état de résister à la poussée latérale des roues. L'emploi des joints soudés serait ici particulièrement rationnel pour supprimer les chocs au passage des joints.

Ces précautions ne seront même peut-être pas suffisantes : ce n'est pas assez d'avoir une voie d'une grande résistance et d'une grande raideur; il faut encore qu'elle soit assise sur une fondation bien stable ; or presque tous les remblais, et même le sol de certaines tranchées, sont sujets à tasser; pour se mettre à l'abri d'une pareille éventualité et des déformations de la superstructure qui en seraient la conséquence, on pourra se trouver conduit à asseoir la voie en ces points sur des sortes de ponts ou de viaducs continus.

De toutes façons, la voie coûtera beaucoup plus cher que les meilleures voies existantes.

En ce qui concerne le matériel roulant, on pourra probablement le faire plus léger que celui prévu par M. Zipernowski. D'ailleurs, en pratique, nous croyons qu'il conviendra de s'écarter le moins possible des formes usuelles, car peu de personnes se soucieraient de s'enfermer dans des espèces de projectiles en tôle comme ceux qui ont généralement été proposés par les promoteurs de chemins de fer à grande vitesse.

La transmission de courant aux véhicules pourra se faire comme l'indique M. Zipernowski ou par d*autres procédés; c'est une question que nous étudierons en parlant de la distribution et qui ne présente pas de difficultés sérieuses.

Pour la sécurité de l'exploitation, l'essentiel sera d'avoir une voie très libre, très bien surveillée, avec un block-system automatique tel que permet de le réaliser une exploitation entièrement électrique, et de supprimer entièrement les passages à niveau, bifurcations et autres points spéciaux de la voie où des ralentissements sont nécessaires, ne fût-ce que pour la sécurité de la circulation sur les voies rencontrées.

Le freinage à ces grandes vitesses est une question très sérieuse, mais qu'il n'est pas impossible de résoudre d'une façon satisfaisante. La force vive d'un train de 120 t. lancé à 200 km : h. n'est pas bien supérieure à celle d'un train de 300 t. marchant à 125 km : h. ; il est vrai que le nombre des roues sur lesquelles agiraient les sabots de freins serait notablement moindre dans un train électrique composé de 2 ou 3 voitures que dans un train ordinaire ; mais à l'efTet du frein mécanique viendrait s'ajouter, dans le premier cas, le freinage électrique très énergique obtenu à Taide des moteurs suivant les procédés étudiés au chapitre xiv. On peut compter que, dans les circonstances ordinaires, on pourrait arrêter le train sur un espace de 2000 m. environ. Ce chiffre fait bien ressortir la nécessité absolue d'avoir une voie parfaitement libre.

Avenir de la traction électrique à grande vitesse. — Au total, une pareille enireprise n'offre aucune difficulté supérieure à celles que les moyens actuels de Tindustrie permettent de vaincre, et le seul obstacle véritable est l'importance de la dépense qu'entraînerait sa réalisation.

Si Ton tient compte, en effet, de la nécessité de construire une li^ne entièrement neuve, à double voie, et du supplément de dépenses qu'occasionneraient, relativement au coût des grandes lignes du type ordinaire, l'augmentation du rayon des courbes, la largeur plus grande donnée à la plate-forme, le renforcement général de la structure, Tabolition des passages à niveau, etc., il parait difficile, même en supposant les installations accessoires, telles que les gares, réduites au minimum, d'évaluer à moins de 5 ou 600 000 fr. par kilomètre, dans les conditions topographiques les plus favorables, le coût de construction d*une pareille ligne; le ballast à lui seul reviendrait à plus de 50000 fr. par kilomètre. En regard de ces chiffres, la dépense de l'équipement électrique serait peu de chose : probablement pas plus de 35 à 40 000 fr. par kilomètre.

D'autre part, une ligne à grande vitesse devra forcément être longue : ce ne serait guère la peine d'engager d'aussi grosses dépenses pour gagner un quart d'heure ou une demi-heure sur la durée d'un trajet; ce n'est qu'à partir de 2 ou 300 km. de distance qu'il y aurait un gain de temps vraiment sérieux. Il en résulte que le capital d'établissement s'élèvera à des chiffres énormes.

Or, pour rémunérer ce capital et faire face aux dépenses d'exploitation, on ne peut compter que sur le trafic voyageurs et peutêtre sur un petit supplément de recettes provenant du transport des messageries.

Il se présentera sans doute, tôt ou tard, des cas où le développement des communications entre deux grands centres pourra justifier, au point de vue financier, l'établissement d'une telle ligne. Mais en France tout au moins cette éventualité ne parait pas encore près de se réaliser * .

* n est à remarquer, du reste, que, dans notre pays, TËtat, lié aux compagnies de chemins de fer par la garantie d'intérêt, ne pourrait autoriser rétablissement d'une ligne à grande vitesse faisant concurrence aux lignes existantes, car elle aurait bientôt

§ 2. — Matériels monorails

Généralités. — Comme on vient de le voir, Télément prépondérant du prix de revient d'une ligne à grande vitesse, c^est la dépense de construction de la plate-forme.

Dans le but de réduire cette dépense, certains ingénieurs ont proposé remploi du système monoraii.

Ce système, qui amène le centre de gravité de la charge roulante dans le plan vertical du rail porteur, permet d'alléger sensiblement le matériel roulant, et par suite la voie et l'infrastructure ; avec le rail surélevé, il donne la possibilité de corriger jusqu*à un certain point, par la différence de hauteur des supports, les inégalités du profil du sol et de diminuer d'autant la dépense des terrassements. Enfin, le système monorail présente l'avantage additionnel que les véhicules ne peuvent dérailler, quel que soit le rayon des courbes, parce que la forme même de la voie et du matériel roulant rend leur échappement impossible.

Deux types de monorails peuvent être employés : le type à cacolet (Lartigue, Behr, Meigs, Beecher, etc.) et le type bicycle (Danchell, Boynton, etc.).

Système à cacolet. — Dans le premier, dont le principal promoteur est, comme on le sait, M. Lartigue, la voie se compose d'un rail unique surélevé, porté par une série de chevalets ou de poteaux avec guidages latéraux. Les véhicules sont formés de deux parties symétriques, assemblées comme des cacolets, ayant leur centre de gravité au-dessous du rail unique et roulant sur ce rail au moyen de galels verlicaux à gorge, tandis que des galets horizontaux, correspondant aux guidages, maintiennent l'équilibre. Les rails-guides n'ont qu'une pression très faible à supporter quand le véhicule est en marche, sauf au passage des courbes ; encore, pour ces dernières, s'efiforce-t-on de détruire en majeure partie l'effet de la force centrifuge par un devers convenable de l'ensemble.

Des dispositions ingénieuses, que nous ne pouvons décrire ici', ont été ima-

absorbé tout leur trafic voyageurs direct. On ne peut donc espérer voir Tinstallation d'une pareille ligne réalisée autrement que par les compagnies elles-mêmes , lorsque leurs voies actuelles ne suffiront plus au trafic.

^ Pour ces détails, voir notamment un mémoire très intéressant de M. Nicou dans les Annales des Ponts et Chaussées^ août 1884, sur le chemin de fer monorail de Listowel à Ballybunion, en Irlande.

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ginées pour les chaDgemeals de voie (pl&quea tournantes avec porticos de voies en courbe) et pour le passage des voies de terre (portions de voies mobiles, ponls-levis).

La première application de la traction électrique au monorail Lartigue date du commencement de ranDèel68(,oùun petit locomoteur improvisé au moyen d'une dynamo Siemens type DB, placée dans l'une des branches du cacolet el commandant la roue motrice à l'aide d'une transmission par cordes sans fin, a. fonctionné au Concours agricole de Paris'; ce véhicule, du poids de 260 kg,, remorquait à vitesse très réduite (15 km ; h, au maximum) de petits trains ne pesant pas I t. Une installation dn même genre a fonctionné la même année à l'Exposition industrielle de Rouen *.

Depuis lors, le matériel monorail électrique a été perfectionné, mais sans qu'il en ait été fait, à notre connaissance, aucune application bien sérieuse jusqu'à ces derniers temps.

Noue citerons seulement une petite ligne expérimentale qui a été mise en service eu Amérique près de Walerport (New-York) et où l'on emploie des accumulateurs comme source d'énergie, ce qui parait assez peu rationnel, et une autre ligne monorail exploitée électriquement dans une mine espagnole des Pyrénées.

La presse technique a décrit, h. différentes reprises, des projets de matériels monorails spéciaux pour la traction électrique dus à MM. Lartigue, Behr, etc. : un des mieux étudiés' comportait un véhicule reposant sur deux bogies à 2 roues motrices, dont chacune portait une armature à disque tournant entre deux systèmes inducteurs fixés aux boites à huile et munie d'un commutateur radial. L'emploi des moteurs « geariess • est évidemment tentant avec le système monorail, mais les critiques que nous avons formulées plus haut contre ce type de moteur conservent ici toute leur valeur.

L'application la plus importante de beaucoup de l'électricité au système monorail est celle qui vient d'être réalisée au parc de Tervueren, annexe de l'Exposition internationale de Bruxelles, par M. 7-'. B. Behr. Cet ingénieur a fait construire une voie d'expériences formant une courbe fermée de 4 871 m. de longueur, avec rayon minimum de 300 m., et préseolant sur la moitié de son développement une rampe continue de près de 11 mm. La (Igure 457 montre l'élévalion et la

' Annale» induttriellei, mars 1884. — Lwnièfe ilecli-îque, t. XIII, p.

■ Vob le» Comptes rendue de la Société des Ingénieurs civils, 1884,

■ Cf. Éclairage éleclrigue, 16 juin 1S91.

l* LA TRACTION ELECTRIQUE

coupe Iransversale de cette voie ; elle est constituée par un r&it porteur à double champigDon (fig. 4o8), souteau de mètre ea mètre par des chevalets métalliques posés sur traverse et sur lesquels sont lixées deux paires de rails guides latéraux; ces chevalets soQt coDtreTeDtés loDgitudioalement par des écharpes et des croix de SaiDt-André.

La voiture, dont les figures 4i>9 À 461 indiquent les dispositions d'ensemble, a l'aies m. de Iodt;ueur, 3,33 m. de largeur et peut contenir lOO personnes.

Elle est caractérisée par deux bogies moteurs k, quatre roues, h cheval sur le rail de roulement et dont le centre de gravité est situé assez bas pour que le plancher lie la caisse qu'ils supportent soit établi tout entier au-dessus de ce rail. Ces bogies sont réunis entre eux )iar un joint universel d'une construction spéciale et peuvent pivoter sous la caisse, à laquelle ils sont reliés par des chevilles ouvrières.

Chaque bogie est constitué par deux caissons en tôle, qui descendent de chaque côté jusqu'à 0,18 m. du niveau supérieur des traverses et sont reliés

Fig. 4Ô9. ~ Vue d'ei

iiLure Behr.

transversalement, par-dessus le rail porteur, par une maîtresse poutre formée de deu^ fers en C et par d'autres traverses rivées sur les longerons intérieurs (les caissons et raccordées par des goussets à leurs longerons extérieurs. Sur les longerons intérieurs sont assemblées les plaques de garde, dans lesquelles

il i j

te LA TRACTION ÉLECTRIQUE

jouent les boites k huile des essieux. La suspeDsion du bogie s'opère par rintermédiaire de balanciers reposant sur ces boites el aux extrémités desquels sont suspeudus par des tirauts des ressorts dout les chapes sont boulonnées sur les plaques de garde.

Les moteurs, au nombre de quatre, sont logés à la partie inrérieure des caissons. Ce sont des moteurs à 4 pâles, dout 2 conséquents, avec induit denté et bobinage Eicliemeyer, capables de développer chacun une puissance de 150 chev, à la vitesse de 600 tours : m. {correspondant à ISS km : h.) sous

Fig. i6l. — Voiture Behr. — Elévation et coupes Iransversales.

une tension de 700 volts '. Us sont suspendus deux à deux par des bielles à la traverse maltresse des bogies el aclionuent chacun sans réduction de vitesse uu des essieux, prolongé à cet effet {lig. 462), par l'intermédiaire de deux chaioes en acier du système Renold; ces chaînes sont formées, comme

' L'induit a 661 mm. de diamètre el 279 mm. de longueur; le collecteur est à m louches. Chaque moteur pèse enriron 3 706 kg., dont 1 650 pour les inducteurs, 825 pour l'induit el 1 2ïâ pour le b4li, les paliers, les porte- biJais, etc.

le montre la Qgure 463, d'une série de mailloDS plats en acier matrice; les pignons dentés autour desquels elles s'enroulent ont 0,32 m. de diamètre '. Une poutre spéciale en tôle sert à main tenir invariable la distance entre l'essieu et l'arbre du mo-

Chaqne bogie porte en outre 8 paires de galets-guides hori> zoDtaux, dont la principale fonction est de transmettre aux guidages la pression produite par la force centrifuge dans les courbes; ces galets sont portés par des supports articulés, aux extrémités desquels chaque paire de galets est elle-même montée sur un axe horiïootal , de manière à presser toujours également sur les guidages (flg. 464). Tous les paliers, aussi bien ceux des roues motrices que ceux des roues-guides, BOût & rouleaux ou à billes.

La caisse, dont l'ossature est tout entière en acier, repose par

huit ressorts longitudinaux et deux ressorts transversaux extrêmes sur les bogies, dont le mouvement d'orientation est facilité par des galets. Aux extrémités, coupées eu forme de coin, se trouvent les cabinesdu mécanicien et du conduc-

Conpi lopiptiidiiiala.

Fig. 463. — Voilure Bebr. — Détails Fig. 464. — Voiture Behr. — Vues de

de la chatne de transmission. face et de côié de l'arbre des coues-guides.

tenr. Lapremière contient, en outre des organes habituels de manœuvre des moteurs, les appareil s de commande des freins, qui sonlau nombre de deux, un frein

iB

ordinaire à sabots et nn frein spécial basé sur la résistance de Pair; ce dernier se compose de 16 volets verticanx articulés, disposés sur les deax pans coapés et manœuvres au moyen d*une transmission à vis sans fin. La partie centrale de la caisse est divisée en quatre compartiments pour les voyageurs ; les sièges sont longitudinaux, adossés respectivement aux parois de la caisse et aux deux faces d'un tambour médian recouvrant les roues. On accède à Fintérieur de la voiture par trois portes ; tout le plancher est de plain-pied et se trouve à 1,80 m. environ du sol. Même à pleine charge, le centre de gravité de Tensemble reste toujours au-dessous du rail de roulement '.

L'ensemble de la voiture pèse environ 55 t., dont 12 t. pour les moteurs.

Le courant est capté par deux galets en bronze conduits par des bielles et roulant sur un conducteur formé d'un fer en n fixé sur les traverses au moyen

Elévation longitadinale.

Fig. 465. — Chemin de fer bicycle Boynton.

Elévation transversale. Détails d'une roue motrice.

d'isolateurs en porcelaine. Le retour se fait par les roues et par l'ossature métallique de la voie.

La régulation des moteurs s'effectue par la méthode série-parallèle.

La station génératrice a une puissance de 1 000 chev. et le courant est produit à la tension de 750 volts.

On compte procéder avec cette installation à une série d'expériences de traction à très grande vitesse. La voie est construite de manière à pouvoir résister avec sécurité aux efforts qui se produiront à l'allure de 250 km. à l'heure.

A la vitesse de 150 km : h. la voiture pourra s'arrêter sur une distance de 1 000 à 1 200 m.

* On trouvera plus de détails que nous n^en pouvons donner ici sur ce matériel dans VEngineeinng des 11, 18, 28 juin et 9 juillet 1897 et dans le Bulletin de la Commission inteimaftonale du Congrès des chemi^is de fer, juillet 1897.

MATÉRIELS SPÉCIAtJX 19

D'après M. Behr, le coût d'une grande ligne équipée d'après ce système, y compris le matériel roulant, la station génératrice et tout ce qui est nécessaire à l'exploitalion, mais non compris l'achat des terrains , ne dépasserait pas 150000 Fr. par km.

11 serait téméraire d'affirmer dès maintenant que loules les difficullés ont été résolues et qu'il ne se produira aucun accroc dans le fonctionnement du système, qui nous parait bien audacieux. Mais, quel que soit le résultat lioal, la tentative est ialéressanle et fait honneur à son auteur.

Système bicycle. — Le type du second système de voie monorail est le chemin de fer bicycle Boynlon, dont un spécimen fonctionne depuis 1893 à Bellport, Long Island, près de New- York. Dans ce système, la voie peut

être au niveau du sol ou surélevée. Le ' — ~ — *^ '■'

véhicule, porté par des roues à double

boudin de 1 ,50 m. de diamètre qui rou- **«■ *««■ T '=^*"'^ ^^ *■" ^'^^/'^ ^"J'î' ., . ■ . , ton- — Coupe transversale de la voie

lent sur un rail porteur, est guide à ^t vne en bout de la voiture. sa partie supérieure par un autre rail suspendu à des potences. Ce second

rail est embrassé à cet effet par deux galets k axe vertical, qui sont portés par un bàtî solidaire des boites d'essieu, de façon que les mouvements d'oscillation de la caisse n'influent pas sur la position des galets de guidage (flg. 465). Chacune des roues motrices est attaquée directement par un moteur multipolaire à inducteurs fixes et induit mobile, enfermé dans la roue. Le cou-

- EUévation d'un wagon

rant est capté sur le rail-guide par des frotteurs spéciaux, qui se voient sur la ligure 46S.

La caisse mesure 15,50 m. de longueur, 1,20 m. de largeur et 2,30 m. de hauteur, et est divisée par des cloisons transversales en six compartiments de quatre places chacun. Il y a une cabine de mécanicien à chaque extrémité. Le poids de la voiture en charge est de 6 t. seulement.

La figure 466 montre la vue en bout de cette voiture et la figure 467 Télévation d*UD wagon à marchandises couvert du même système, pesant 3,5 t. et pouvant recevoir une charge utile de 7 t.

Avenir des systèmes monorails. — Quelques essais de marche à grande vitesse ont été tentés sur le chemin de fer bicycle de Long Island, mais sans succès bien marqué : on n'a guère réalisé que 95 km : h., pendant un temps très court. Quant au système Lartigue-Behr, il parait prudent, avant de se prononcer sur son adaptabilité aux grandes vitesses, d'attendre les résultats de Texpérience en cours à Bruxelles.

Mais il est un autre champ d'application plus vaste où le système monorail pourrait, semble-t-il, trouver dès maintenant, dans bien des cas, un emploi avantageux : nous voulons parler des chemins de fera faible trafic, voies ferrées industrielles ou agricoles, voies coloniales, dernières ramifications des réseaux de chemins de fer secondaires, qui ne peuvent exister qu'à condition d'être construites et exploitées avec la plus stricte parcimonie.

Pour des lignes de ce genre, dont le trafic s'accommode d'un matériel léger et marchant à faible vitesse, la voie à rail unique surélevé, genre Lartigue, se recommande, principalement dans les terrains difficiles et quand on ne peut suivre les chemins existants, par l'économie qu'elle procure, même par rapport à la voie étroite, dans les dépenses de plate-forme. Cette économie est surtout sérieuse dans les terrains tourmentés au point de vue du tracé en plan, parce que le système monorail permet d'adopter pour les courbes des rayons très réduits de 23 ou 30 m., et elle s'augmente par la possibilité de supprimer les ouvrages pour l'écoulement des eaux K

Mais ce système n'acquerrait vraiment toute sa supériorité qu'avec la traction électrique, qui permettrait de réaliser un matériel roulant d'un poids minimum et une voie d'une légèreté correspondante, au lieu de la structure forcément lourde nécessitée par le passage de locomotives à vapeur.

L'équipement électrique d'une voie de ce genre pourrait

1 La YOie surëleTée présente en outre l'avantage qui, dans certains cas, peut être dctcrminant, de pouvoir difficilement être obstruée par des accumulations de neige ou de sable.

d*ailleurs se faire à très peu de frais, en fixant un rail spécial par des isolateurs sur les supports de la voie, ou même à la rigueur en utilisant comme conducteurs les rails de guidage eux-mêmes convenablement isolés et connectés, le rail de roulement servant en tout cas pour le retour du courant.

L*expérience déjà acquise avec ce type de voie, notamment sur la ligne de Listowel à Ballybunion, en Irlande, prouve d*ailleurs qu'il peut desservir avec sécurité et dans des conditions de vitesse très acceptables un trafic modéré de voyageurs et de marchandises, tel que celui que nous avons en vue. Quant aux frais d'exploita-

Fig. 468. — Vue d'une installation de « telpherage »,

tion, il paraît difficile qu'ils ne soient pas inférieurs à ceux d'une voie ordinaire.

Dans bien des cas, l'adoption de la voie monorail pourrait donc faciliter l'établissement de chemins de fer dans les régions qui en sont actuellement dépourvues et permettre la mise en valeur, dans des conditions financières satisfaisantes, de leurs éléments de prospérité.

Pour les exploitations industrielles, agricoles, minières, les chantiers de travaux, etc., les monorails électriques paraissent également appelés à rendre de bons services.

Enfin, nous citerons en passant, dans le même ordre d'idées, une catégorie spéciale de systèmes de transport comportant une voie funiculaire aérienne sur laquelle roulent de petits cha-

riots actionnés par des moteurs électriques. Le plus connu de ceux-ci est le « telpherage » du professeur Fleeming Jenkin^ dont la principale particularité est que le câble porteur sert en même temps de conducteur de courant, ce qui entraîne pour la distribution des dispositions ingénieuses S mais compliquées; le réglage de la vitesse s'opère automatiquement. Ce système qu'on peut modifier peut être installé d'une façon très rudimen taire, comme le montre la figure 468. Il en existe deux ou trois applications en Angleterre qui donnent des résultats pratiques satisfaisants.

§ 3. — Traction sur fortes rampes

Généralités. — Tant que les rampes sont inférieures à 100 mm. par mètre, un train formé entièrement d'automobiles peut les franchir assez facilement. Le matériel roulant présente seulement quelques difficultés de construction, par suite de la nécessité de loger dans le truck des moteurs plus puissants qu'à l'ordinaire : pour mouvoir une automobile de 15 tonnes en charge sur une rampe de 9 à 10 mm., par exemple, à la vitesse très réduite de 14,4 km : h. ou 4 m : s., il ne faut pas moins de 80 chev. Cette difficulté croît lorsqu'on emploie la voie étroite, comme c'est ordinairement le cas pour les lignes de montagne.

On pourra, en général, satisfaire à ces exigences de la façon la plus simple par l'emploi du matériel à bogies, qui permet de réaliser facilement des automobiles de 100 chev. à voie de 1 m. et même de 0,75 m., comme le montre l'exemple des voitures de la Haute-Silésie, et se prête au passage dans des courbes de faible rayon. On verra plus loin (p. 42) une autre disposition à 4 moteurs sur deux essieux, également applicable.

Dans le cas où Ton reculerait devant l'emploi de 4 moteurs et où l'on n'aurait pas de courbes trop raides, on pourrait recourir à une autre disposition, due à M. Auvert et qui consiste (fig. 469) dans l'emploi de moteurs à arbre parallèle à la voie, attaquant les essieux par engrenages coniques comme les moteurs Sperry. En

* On trouvera des détails sur ces dispositions, ainsi que sur celles des autres systèmes analogues, dans Touvragedéjà cité de MM. Martin etWetzler, The Electric Motor,

adoptant un empattement analogue à celui des voitures de chemins de fer ordinaires, on peut de cette manière loger dans le truck des moteurs de grand diamètre et aussi allongés qu'on le désire. C'est ainsi que seront équipées les voitures de la ligne du Fayet à la frontière suisse par Chamonix, dont nous avons déjà dit quelques mots plus haut (t. I, p. 355 et 497) *. Les deux moteurs, de 50 chev. chacun, seront suspendus par leur centre de gravité à deux longerons reposant directement sur les boites à huile ; les roues d'engrenages attaquées par les pignons coniques seront folles sur

Elévation .

Plao.

Fig. 469. — Schéma da montage de deux moteurs à arbre parallèle à la voie sur une automobile pour fortes rampes.

les essieux et entraîneront ceux-ci par l'intermédiaire d'embrayages élastiques, formés de deux croisillons réunis par des ressorts. Ce

* Cette ligne, à voie de 1 m., dont la longueur sera de 38 km., remontera la vallée de TArre pendant 30 km. environ à partir du Fayet et sera alimentée en énergie électrique par trois puissantes stations génératrices utilisant des chutes d'eau de l'Arve.

Les rampes sont très fortes et atteignent 90 mm. par mètre ; avec de telles inclinaisons on n'aurait pu appliquer la traction à vapeur qu'à l'aide d'une crémaillère. D'après les renseignements qu'a bien voulu nous fournir gracieusement M. Baudry, ingénieur en chef de la traction, on avait pensé d'abord à recourii* à la même méthode pour la traction électrique et à construire des locomotives électriques mixtes fonctionnant tantôt à Taide de la crémaillère, tantôt par simple adhérence, comme les locomotives à vapeur du système Abt ; le projet de ces machines avait même été complètement étudié, comme nous le dirons plus loin ; mais on a reculé devant les tâtonnements qu'on craignait pour la mise au point de ce système et l'on a préféré se passer de la crémaillère en utilisant l'adhérence totale des trains, composés entièrement de voitures automotrices actionnées indépendamment, chacune par deux moteurs de

système est simple et puissant, mais il ne permet pas facilement l'emploi de grandes roues d'engrenages, ni de la double réduction de vitesse, et force par suite à adopter des moteurs assez lourds. Lorsqu'il s'agit de faire franchir à des voitures électriques des rampes supérieures à 100 mm. environ, l'adhérence ordinaire devient pratiquement insuffisante et Ton est obligé d'y suppléer par des dispositifs spéciaux. Parmi ceux-ci, deux surtout sont employés, le système à contrepoids et le système à crémaillère.