Les Chemins de fer, Biblioth. des merveilles

laisser reposer pendant un temps à peu près égal, pour donner le temps au foyer de produire de nouvelle vapeur.

L'essai qu'on en fît alors, parut assez satisfaisant pour que l'inventeur fût chargé de construire une inouvelle voiture qui figure aujourd'hui encore au Conservatoire des arts et métiers (c'est celle dont la figure 83 donne le dessin), mais qui ne parait pas avoir été jamais essayée». Treize ans auparavant, un Anglais, Robinson, avait] conçu le projet

Fig. 83. — Voiture à vapeur de Cugnol (1769).

d'appliquer la vapeur à la locomotive sur les routes, et s'était entendu avec Watt pour la réalisation de cette idée, mais sans succès. Un modèle de voiture à vapeur fut construit plus tard, en 1785, par ce dernier; mais il ne paraît pas qu'aucune suite ait été donnée à cette tentative.

La locomotion sur les routes par l'action de la vapeur ne devait réussir et prendre l'immense

1. Circonstance curieuse à noter et qui fait honneur à Planta, officier suisse, qui avait lui-même imaginé une voiture à vapeur. Chargé d'examiner l'invention de Cugnot, Planta n'hésita point à la trouver préférable à la sienne.

extension qu'elle possède aujourd'hui, que grâce à l'adoption d'un nouveau système de voie, qui fut d'abord appliqué au transport des matériaux dans les mines de houilles. Les chemins à ornières, puis à bandes saillantes, d'abord en bois, puis en fer, diminuaient considérablement la résistance au roulement.

Mais, chose curieuse, ce progrès constitua dans l'origine un obstacle à l'adoption des voitures à vapeur. Gomme ces voitures étaient d'abord assez légères, leurs roues motrices, en tournant rapidement, glissaient sans avancer, patinaient^ selon lexpression technique. On imagina divers moyens de vaincre cette difficulté pratique*, quand un ingénieur anglais, Blacket (1813), prouva que l'adhérence de la locomotive sur les rails peut s'obtenir en donnant aux locomotives un poids suffisamment considérable, pourvu qu'on fît supporter cette pression à l'essieu des roues motrices. C'est de cette époque que date la machine de G. Stephenson (fig. 84), où les essieux sont rendus solidaires par le moyen d'une chaîne sans fin. L'adhérence de toutes les roues de la locomotive se trouve ainsi utilisée.

On peut dire qu'à partir de ce moment, la locomotion sur les voies ferrées, à l'aide de voitures mues par la vapeur, était un problème pratiquement résolu. Toutefois, les premières locomotives ne donnaient pas encore un résultat satisfaisant;

1. par exemple^ emploi d'une roue dentée, s'engrenant avec une crémaillère disposée entre les rails, ou encore, de jambes mobiles qui étaient alternativement appuyées sur le sol pais soulevées.

la quantité dé vapeur que leurs chaudières pouvaient fournir était insuffisante pour la charge ou Ja vitesse qu'on voulait obtenir.

La raison en était dans la nature de la chaudière, dont Teau était chauffée par un foyer intérieur, dans un tube qui la traversait dans toute

Fig. 84. — Locomotive de G. Stephenson à chaîne sans fin (1814)

sa longueur (fig. 84). La surface de chauffe n'était pas assez considérable pour la vaporisation qu'il importait d'obtenir, et le tirage était tout à fait insuffisant.

Toutefois, les locomotives de Stephenson, d'Hacworth réalisèrent, sous divers rapports, des perfectionnements qui eurent leur importance : le mé-

canisme moteur, la transmission, Tadhérence des roues sur les rails furent l'objet de dispositions nouvelles qu'il serait trop long de décrire. Jusqu'çn 1829, la locomotion à vapeur ne fit que les progrès de détail dont nous parlons.

Fig. 85. — La Fusée, de Robert Stephenson.

Mais, à cette époque, la substitution à la chaudière ordinaire de la chaudière tubulaire avec tirage produit par un jet de vapeur, produisit une véritable révolution dans l'application des machines à vapeur à la locomotion sur les voies ferrées. C'est à Marc Séguin qu'est due l'invention

des chaudières tubulaires ; grâce à raccroissement énorme de surface de chauffe que cette disposition permit d'obtenir sans augmenter les dimensions du générateur, la vaporisation se trouva accrue dans une proportion qui multiplia la puissance des machines; mais pour suffire à cette production

Fig. 86. — Marc Séguin l'aiiié.

de vapeur, il fallait entretenir l'activité du foyer par un tirage énergique que la très-faible hauteur des cheminées des locomotives ne pouvait donner. Ce fut donc aussi une invention heureuse que celle de se servir de la vapeur, quand elle vient d'agir sur le piston, et de la faire évacuer dans la cheminée même. Elle produit ainsi, à chaque coup de piston, un courant rapide qui entraîne au de-

hors Tair et les gaz de la combustion, et par les tubes, détermine un appel au sein même du foyer.

La première locomotive où ces deux capitales améliorations furent appliquées, fut la Fusée, qui sortit des ateliers de Robert Stephenson, et qui

Fig. 87. — George Stepbensou.

obtint en 1825 le prix du concours ouvert à Li verpool.

S'il est permis d'attribuer, sans risque de commettre une injustice, à notre compatriote M. Séguin, l'invention de la chaudière tubulaire pour locomotives, on peut dire avec la même assurance à qui est due Tidée d'appliquer au tirage le jet de la vapeur. Hackworth, Pelletier, G. Stephenson,

sont également signalés comme les inventeurs de cet important perfectionnement.

Séguin Taîné, Stephenson, tels sont en résumé les deux noms en qui se personnifie la révolution économique, mécanique et industrielle par laquelle les chemins de fer, jusqu'alors exclusivement employés dans les exploitations minières, sont devenus les plus importantes voies de circulation universelle.

Marc Séguin, qui est mort récemment, était le neveu de Montgolfier, l'inventeur des ballons. George Stephenson était un simple ouvrier mineur, qui conquit, par son intelligence et son travail, une éminente place dans Télite des ingénieurs anglais, et, de plus, eut la satisfaction de voir son fils Robert atteindre et dépasser sa propre réputation si méritée.

Pour montrer combien la Fusée était supérieure aux locomotives en usage sur les voies ferrées en 1825, citons, d'après M. Perdonnet, les chiffres comparatifs suivants : les anciennes locomotives, vaporisaient 450 kilog. d'eau par heure^ la Fusée, près du double, soit 850 kilog. Et cependant, la dépense de combustible pour le transport d'une même charge à une même distance était réduite de plus de moitié. La vitesse était accrue de 10 kilomètres à 15. Tous ces résultats se condensent pour ainsi dire dans une seule donnée, la surface de chauffe, qui, de 3'".82, dans les anciennes locomotives, atteignait 12™. 80 dans la Fusée, plus du triple.

Depuis, d'immenses progrès ont transformé la locomotive ; la théorie et la pratique ont à l'envi

porté, pour ainsi dire, à la perfection de l'ensemble et des détails de ce moteur si puissant et si rapide. L'art du constructeur a été pour beaucoup dans cette transformation ; mais tous ces progrès n'ont pu se faire, que parce que la double invention de Stephenson et de Séguin a permis d'étendre le réseau des lignes de fer.

JjB. locomotive.

Description de la locomotive. — Le générateur; chaudière tubulaire. — Étendue considérable de la surface de chaufTe. — Mécanisme moteur.

Voyons maintenant où en est, non l'industrie des chemins de fer, — c'est un sujet qui n'a point sa place ici*, et que nous avons traité ailleurs, — mais la machine à vapeur appliquée au transport des voyageurs et des marchandises sur les voies ferrées.

Nous allons prendre un exemple, un type, pour notre description, qui sera rapide puisqu'il suffira de voir quelle est, dans la locomotive, la disposition des organes que la machine à vapeur nous a déjà fait connaître.

Voici une coupe longitudinale (fig. 89), puis deux coupes transversales à l'avant et à l'arrière de la machine, qui nous feront comprendre cette disposition.

Occupons-nous d'abord du générateur.

La chaudière des locomotives est tubulaire. Elle est composée de deux parties principales : l'une, située à l'arrière et de forme rectangulaire, renferme le foyer qui, sur toutes les faces sauf la face inférieure, est enveloppé d'eau; l'autre, le

corps cylindrique, ainsi nommé de la forme de son enveloppe, contient deux capacités distinctes; dans sa moitié inférieure sont logés les tubes par lesquels passent la fumée et les gaz de combustion

Fig. 88. — Locomotive. Coupe transversale, dans la bot(e è f«U.

qui du foyer vont & la cheminée. Tous ces tubes, en nombre souvent considérable, sont baignés par Teau de la chaudière, La moitié supérieure du corps cylindrique est le réservoir de vapeur qui, par un tuyau doublement coudé à Tavant et à l'arrière,

pssuy débouche d'un côté dans le dôme, de Tautre dans la boite à vapeur de chacun des deux cylindres de la machine.

Le mécanicien peut, à volonté, à Taide de la manette r, ouvrir bu fermer les valves d*un dia-

Fig. 90. — Locomotive. Coupe transversale, dans la boîte à fumée.

phragme q qui donne passage à la vapeur, l'arrête ou l'introduit en des proportions variées : c'est ce qu'on nomme le régulateur, et ici, à cause de sa forme, le régulateur à papillon.

On voit sur le dos convexe du corps cylindrique les appareils accessoires ou de sûreté de toute ma-

â4â' LA VAPEUR.

chine à vapeur, soupapes, manomètre, indicateur et robinets de niveau, sifflet d*alarme.

Quel est le caractère distinctif de la chaudière d'une locomotive? C'est d'abord, nous l'avons déjà dit, l'énorme étendue de la surface de chauffe relativement à la capacité totale. Pour montrer dans quelle proportion cet élément se trouve accru par l'adoption des tubes, citons quelques nombres. Dans une locomotive Crampton (type de TEst), les enveloppes du foyer, c'est-à-dire la surface de chauffe par rayonnement, n'est, en mètre* carrés, que de 8".65; la surface de chauffe par contact, c'est-à-dire celle des tubes que lèchent les gaz de la combustion, est 88'".92, ou, si l'on veut, plus de dix fois aussi grande. Dans une machine Engerth, à marchandises, ces nombres sont respectivement 9"\70, ISO^.TO; les tubes augmentent la surface de chauffe dans le rapport de 1 à 18.6. De là, répétonsle, le second caractère important, le tirage par le jet de vapeur, sans lequel l'activité du foyer ne pourrait suffire à une si considérable production de vapeur, sans lequel, par conséquent, le type de la chaudière tubulaire pour locomotive perdrait son principal avantage. « Dans les machines locomotives, dit M. Perdonnet, le mètre carré de surface de chauffe produit de deux à trois fois autant de vapeur que dans les chaudières à machines fixes. »

Les locomotives sont des machines à haute pression, sans condensation. C'est là une conséquence nécessaire de ce que nous venons de dire. Il faut que la vapeur s'échappe dans l'atmosphère ; elle ne peut donc être à basse pression; il faut qu'en

s'échappant elle produise un jet ou courant; donc elle ne peut être condensée. Le plus souvent, elle est employée avec une tension de huit à neuf atmosphères.

Mais elle fonctionne avec détente, et un mécanisme particulier, la coulisse de Stephenson, permet de faire' varier la détente, et en même temps rend possible le changement de sens dans la direction du mouvement. Une locomotive comme un bateau à vapeur — on comprend aisément la nécessité d'une telle manœuvre — doit pouvoir marcher en arrière comme en avant.

Continuons notre description*

La locomotive est en réalité, au point de vue du mécanisme moteur, formée de deux machines à vapeur accouplées. Il y a deux cylindres, munis chacun de son piston, de son tiroir, et la tige de chaque piston agit par l'intermédiaire d'une bielle sur. la manivelle ou sur le coude de Tessieu qui porte la paire de roues motrices. Il y a même, dans certains types de locomotives, quatre cylindres, quatre machines agissant deux par deux, sur deux essieux différents. Rien de spécial, sauf dans Tagencement et les détails, ne distingue le mécanisme moteur de celui que nous avons vu fonctionner dans les machines fixes, terrestres ou marines. Les figures montrent quelle est la disposition des cylindres ordinairement placés à l'avant, tantôt horizontaux, tantôt légèrement inclinés , tantôt logés hors du châssis qui porte chaudière et machine, tantôt intérieurs. Ici les cylindres sont intérieurs et horizontaux.

C'est ce que nos coupes longitudinales et trans-

versales de la locomotive laissent voir clairement. Dans la figure 89, la distribution et l'échappement sont aisés à comprendre. La vapeur, qui est amenée par le tuyau ss jusque dans l'espace qu'on nomme boîte à fumée, trouve là deux conduits uu^ qui vont, en se contournant, aboutir aux boîtes à vapeur des deux cylindres. Après avoir agi sur les pistons elle traverse les tuyaux vv\ et par le tuyau vertical V qui s'ouvre à la base de la cheminée, elle s'échappe en produisant le mugissement saccadé qu'on entend toujours dans les lomotives en marche.

La rapidité avec laquelle ces bruits produits par l'échappement se succèdent en pleine vitesse d'un train indique assez combien est grand le nombre des coups de piston dans chaque cylindre. On peut calculer ce nombre d*après la vitesse de la locomotive : dans les trains rapides, cette vitesse atteint 60 et même 80 kilomètres par heure. En supposant cette distance parcourue par une locomotive à voyageurs, (système Crampton) dont la roue motrice a 2".30 de diamètre, ou 7"».20 de développement, on trouve qu'en une heure, la machine à fait mil tours de roue, dont chacun correspond à une double course des pistons. C'est trois doubles courses, ou six courses simples par seconde.

On comprend avec quelle rigoureuse précision ont dû être calculés et exécutés tous les organes, toutes les pièces du mécanisme moteur et surtout du mécanisme de distribution, pour qu'il ne se produise aucun dérangemf^nt par le fait de mouvements aussi rapides.

Prinoipanx t3rpas de looomotlTes.

Classiflcation selon le service. — Machines à grande vitesse, à voyageurs : type CramptoD. — Machine à petite vitesse, à marchandises : type Engerth. — Locomotives mixtes. — Machines pour fortes rampes.

Si la locomotive a un caractère spécial qui la distingue des autres machines à vapeur, des machines fixes de l'industrie, comme des machines mobiles de la navigation, il ne s'ensuit pas qu'elle constitue un type unique et uniforme. C'est un genre; mais ce genre comprend de nombreuses variétés.

Ces variétés, dont je ne puis décrire ici que les principales, ont été successivement créées pour satisfaire aux exigences multiples et croissantes des nouvelles voies de transport. Il a fallu tout d'abord se préoccuper de deux nécessités, sinon opposées absolument, du moins très-différentes : d'une part, la rapidité, qualité qu'on s'est attaché à réaliser dans les trains de voyageurs, sans dépasser toutefois les limites de la prudence ; d'autre part, la puissance de traction, indispensable pour les convois de marchandises, où la masse à transporter en un seul train importe plus que la vitesse du transport.

Sous ce rapport, les locomotives se sont donc divisées d'abord en deux types bien tranchés :

Les locomotives à voyageurs^ uniquement desti nées au transport rapide des convois de faible masse; service de grande vitesse;

Les locomotives à marchandises^ spécialement

consacrées à mouvoir, à une vitesse modérée, les plus lourdes charges; service de petite vitesse.

Tout naturellement, un troisième type intermédiaire entre les deux premiers, participant de leurs qualités moyennes, a dû être créé. Ce sont :

Les locomotives mixtes, employées à traîner des convoi^ renfermant à la fois des voitures à voyageurs et des wagons de marchandises; ou encore pouvant à volonté être affectées alternativement au service de la grande vitesse ou au service de la petite vitesse.

En dehors de ces trois types principaux, d'autres types de locomotive ont été construits pour satisfaire à des services spéciaux. Nous allons passer en revue quelques échantillons des unes et des autres.

Voici le type par excellence (fîg. 91) de la machine à voyageurs, à grande vitesse. C'est la locomotive Grampton, caractérisée par le diamètre considérable de ses deux roues motrices, par la faible course du piston, deux conditions qui, jointes à une haute puissance de vaporisation, en font le cheval de course des voies ferrées. Depuis trente-cinq ans bientôt que cette excellente machine est à répreuve, elle n'a pas cessé de répondre aux exigences du service. Elle jouit d'une stabilité provenant de l'abaissement du centre de gravité général et de Técartement des essieux. D'un poids moyen de 30000 kilogrammes, elle remorque des convois de 12 à 16 voitures pesant de 100 à 130 tonnes avec une vitesse qui, stationnement compris, s'élève à 60 kilomètres à l'heure.

Une Grampton, sans son tender, coûte 65 000 fr.

Les systèmes Mac-Gonnel, Buddicom, Sturrock, Stephenson à trois cylindres, sont aussi de bonnes machines à grande vitesse employées sur les chemins étrangers. Le troisième cylindre de la machine Stephenson a pour objet d'obvier au mouvement de lacet que prend la locomotive sous Faction des deux pistons latéraux et que ressentent toutes les voiiures du train. On se rappelle que c'est aussi, en partie, pour un motif d'équilibre que M. Dupuy de Lôme a employé trois cylindres dans ses machines marines.

Je prendrai de même le type Engerth comme le plus tranché des machines à petite vitesse destinées à remorquer de lourds convois. A considérer seulement la physionomie extérieure, et à la mettre en parallèle avec une machine Crampton, on voit à rinstant qu'on a affaire à une puissante machine, et que si l'une peut être comparée à un cheval de course, Tautre le sera non moins légitimement à un cheval de camion ou de halage.

La vitesse moyenne des Engerth (il y en a plusieurs variétés) est de 24 kilomètres à l'heure ; mais elles remorquent des convois de 450 tonnes. Leur poids atteint 63 tonnes, qui se répartissent en partie avec le poids du tender sur les roues de ce dernier, mais qui sont principalement supportées par quatre paires de roues d'égal diamètre rendues solidaires par des bielles d'accouplement. Contrairement au type Crampton, les machines à marchandises de ce type ont donc plusieurs paires de roues motrices, de petits diamètres, et une longue course pour les pistons de leurs cylindres. Grande longueur de la chaudière, du corps cylin-

drique et des tubes, grandes dimensions du foyer.

Là, avec la grande surface de chauffe et la puissance de vaporisation de la I chaudière, est le se- ^ cret de la force de g. traction énormedont " est doué ce type re- I marquable.

Les premières En-

^ gerth* étaient mu-

^ nies d'un système

I d'engrenage ayant

pour objet de leur

permettre de gravir

les rampes du Sœm-

mering.

Le type des machines mixtes ou loco- ?j motives à moyenne -^ vitesse participe des deux premiers types.

Deux paires de roues couplées d'un diamètre qui varie entre l".50etl"».70,moyenne longueur de la

1. Ainsi nommées du nom de linventeur, ingénieur autrichien, qui les destinait d'abord à la traction sur des lignes Jde fortes rampes.

course du piston, poids de 25 à 30 tonnes, vitesse réglementaire de 45 kilomètres à Theure, remorquage de 180 à 200 tonnes, tous ces éléments, comme on voit, sont compris entre les éléments correspondants des types extrêmes. Du reste, il ne faut pas attacher une valeur absolue à ces nombres qui varient avec les variétés multiples de ce type et des autres ; il ne faut pas oublier que les diverses lignes de chemin de fer ont à satisfaire à des exigences de trafic, bien différentes les unes des autres ; à coup sûr, les trains de marchandises d'une petite ligne de troisième ordre ne ressemblent point aux lourds convois qui sillonnent incessamment les rails d'une ligne telle que notre ligne du Nord ou de tel autre chemin de fer des contrées industrielles, en Belgique et en Grande- Bretagne.

De là l'emploi des machines, tantôt économiques et de faible puissance relative, tantôt coûteuses et compliquées, mais possédant une force de traction qui les rende capables de remorquer les plus lourdes charges, par les temps de brouillard et de pluie, et de gravir les fortes rampes aujourd'hui adoptées sur un grand nombre de voies ferrées nouvelles.

Ces dernières machines dont les figures 93 et 94 représentent des modèles sont dites locomotives de montagnes ou pour fortes rampes. On voit là le tender et la machine réunis sur six paires de roues, accouplées en deux groupes sur lesquels agissent les efforts de quatre cylindres.

Il faudrait, pour être complet, multiplier les descriptions et les figures; citer les locomotives--

tender qui font le service des gares ou servent de remorqueurs aux convois trop chargés, les locomô-

Fig. 93. —Machine à marchaDdises delà ligne du Nord, à douze roues couplées et à quatre^cylindres.

tives de secours expédiées sur lès lignes en cas d'accident, puis les types des lignes étrangères, les locomotives des chemins de fer d'Allemagne ou

Fig. 94. — Machine tender du Nord pour fortes rampes.

d'Amérique, chauffées au bois, et auxquelles leurs avant-trains articulés, leurs chasse-bœufs, leurs

cheminées largement évasées par le haut donnent un aspect extérieur si original.

Mais des détails aussi complets et circonstanciés dépasseraient mon cadre. C'est Tapplication de la machine à vapeur aux voies ferrées qui devait

Fig. 95.— Machine locomotive américaine.

faire Tobjet de ce chapitre, non la description du chemin de fer et de son mécanisme.

Je terminerai par quelques détails sur le prix de revient et sur la consommation des locomotives. J'ai dit que le prix d'une Crampton était d'environ 65 000 francs, sans son tender; elle consomme de 9 à 12 kilogrammes de coke par kilomètre parcouru. Les prix d'une machine mixte varient beaucoup, suivant le système : sur le chemin du Nord, une machine mixte (système Engerth) coûte 83 000 francs; elle consomme de 10 à 12 ki-

logrammes par kilomètre. Enfin le prix des machines à petite vitesse Engerth s'élève (tender compris) à 112 000 francs, et leur consommation par kilomètre parcouru monte à 20 kilogrammes de houille. Ces prix de revient sont moins éloignés les uns des autres qu'il ne paraît au premier abord. Car en les ramenant à la tonne des machines vides, on trouve que le prix de revient, de 2200 francs environ pour les machines Crampton, de 2500 francs pour la^ machine mixte, est de 2430 pour TEngerth.

Fig. 96. — Un train de chemin de fer.