CHAPITRE IX

Dispositions générales. Locomotives avec générateurs d'électricité. Locomotives à accumulateurs. Locomotives de manœuvre. Locomotives pour trains légers. Locomotives pour trains lourds, a) Locomotives américaines, b) Locomotives de la C'c des Chemins de fer d'Orléans, c) Locomoteurs de laCle des Chemins de fer de TOuest. Locomotives à courants alternatifs, a) Locomotives à courants triphasés et basse tension (Thoune à Burgdorf]- b) Locomotives à courants triphasés et haute tension (chemin de fer de la Valteline). Locomotives à grande vitesse et haute tension.

Dispositions générales. — La locomotive électrique est d'une construction beaucoup plus simple que la locomotive à vapeur. De plus elle ne nécessite pas de tender.

Imaginons un simple truck à deux essieux et plaçons en regard de chaque essieu un moteur électrique, avec attaque des essieux par engrenages. Pour compléter la locomotive il suffira de monter sur le milieu du truck une cabine qui renfermera les appareils de manœuvre. Quant aux résistances, on les installera sur le truck, de chaque côté de la cabine, en les recouvrant par un couvercle en tôle, incliné vers les extrémités, de manière à assurer l'écoulement de l'eau et à laisser la voie bien visible pour le conducteur (fig. 384).

Parmi les accessoires il en est un qui devra remplacer le sifflet à vapeur. En Amérique on se sert souvent de cloches que Ton met en mouvement à la main; mais on se rapprochera davantage du son produit par le sifflet à vapeur, en ayant recours à l'air comprimé, méthode d'autant plus commode à employer que les loco-

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motives sont généralement munies d'un compresseur électrique, en vue d'effectuer la compression de l'air nécessaire à la manœuvre des freins.

La prise de courant se fera dans le cas du 3e rail par un frotteur, et si la distribution est aérienne, par une navette, un trolley ou un archet.

Fi((. :iKl. — Disposition d'ensemble d'une loeoiniilive élei-tritjue.

Les moteurs se monteront intérieurement aux essieux. Celte disposition est préférable à celle qui consiste à placer les moteurs eu dehors, la machine étant alors moins bien équilibrée et ayant une certaine tendance à prendre du balancement. Quant au choix à faire entre l'attaque directe des essieux ou l'attaque par engrenages, nous avons déjà dît les arguments qui militaient, selon les cas, en faveur de l'un ou l'autre système.

Si la résistance à vaincre est considérable, une locomotive à

deux essieux sera généralement insuffisante. Non pas que Ton ne puisse la munir de moteurs aptes à réaliser l'effort de traction nécessaire; mais on arriverait alors à un poids, par essieu, incompatible avec la conservation de la voie1. Il se produirait un martelage aux joints des rails, sans compter, dans les parties en souterrain, des vibrations qui pourraient se transmettre aux maisons riveraines.

La locomotive à bogies donne alors une solution tout à fait satisfaisante, ayant, en outre, l'avantage de permettre une meilleure inscription de la machine dans les courbes.

Enfin, pour les très grandes puissances, on arrivera à la locomotive à 6 essieux, ou encore, comme on fa fait récemment pour les trains du tunnel de Baltimore, à deux locomotives manœuvrables à laide d'un appareil unique.

Locomotives avec générateurs d'électricité. — Un tel type ne rentre pas dans les données générales ci-dessus. Mais il constitue une exception présentant, au moins, un certain intérêt historique.

A cette classe se rattache la locomotive Heilmann, qui a été essayée pendant quelque temps par la C10 des Chemins de fer de l'Ouest. Le principe est de produire sur la locomotive même, à l'aide de dynamos que mettent en mouvement 4,es machines à vapeur, l'électricité nécessaire à la marche des moteurs.

La locomotive Heilmann comporte donc : une chaudière (qui n'est autre qu'une chaudière de locomotive^ un groupe générateur comprenant : moteur à vapeur et génératrices; un groupe excitateur, constitué par un moteur à vapeur et une dynamo ; enfin un groupe moteur.

On aurait pu, en prenant des génératrices auto-excitatrices, supprimer le groupe excitateur, mais ce dernier est nécessaire en raison du mode de réglage adopté et qui est d'ailleurs Tune dos particularités à signaler de la locomotive Heilmann.

1 Kn gênerai on ne dépasse pas 15 tonnes par essieu.

Deux types de locomotive, ne différant entre eux que par la puissance, ont été mis en service. Le dernier type est représenté par la figure 385. La longueur de la machine entre tampons est de 18,590 m. A l'avant se trouve la partie électrique avec la cabine de l'électricien ; la chaudière se trouve à l'arrière et l'ensemble rappelle un peu une locomotive ordinaire avec un tender que Ton aurait retourné bout pour bout, de manière à marcher tender en avant.

Un longeron unique, très résistant, supporte, de chaque côté, toute l'installation et en reporte le poids à l'avant sur quatre roues motrices et à l'arrière sur quatre roues non motrices.

L'avant de la machine est, d'autre pari , disposé en pointe, pour permettre de diminuer la résistance de l'air aux grandes vitesses.

La vapeur est produite, à la pression de 14 kilogrammes, et alimente une machine verticale Willans-Robinson de 1400 chevaux, à six cylindres orientés selon Taxe longitudinal et tournant à la vitesse normale de 400 tours par minute. Par ses deux extrémités l'arbre actionne directement une dynamo à courant continu Brown-Boveri, de 450 volts et 1 000 ampères, mais pouvant en fournir momentanément 2000. Les deux dynamos marchent en parallèle.

Le groupe excitateur est constitué par une dynamo Compound de 140 ampères, 115 volts, actionnée par une machine Willans de 28 chevaux.

Les moteurs (excitation série) sont montés concentriquement aux essieux sur un tube creux laissant entre ce tube et les essieux un jeu supérieur à celui que prend le châssis auquel les moteurs sont suspendus, par rapport aux boites à huile.

L'entraînement des roues est assuré par des croisillons dépendant de l'induit et qui viennent appuyer sur des tampons à ressort fixés aux raies des roues. L'attaque se fait ainsi en douceur et facilite les démarrages (fig. 386) .

Grâce à l'excitation indépendante, ce démarrage se produit

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avec une grande aisance et sans appel exagéré de force motrice. Il suflit, en eiïct, de diminuer la tension du courant d'excitation par un rhéostat pour faire baisser également la tension de la génératrice ; le nombre d'ampères débité par celle-ci est alors très élevé, sous un faible voltage, et ces conditions sont tout à fait propices, comme on l'a vu précédemment, pour déterminer, dans les moteurs, un effort de traction très énergique. Ce système

Kig. 386. — Mode d'entraînement des roues.

permet, d'autre part, de marcher constamment avec la machine a vapeur, avec admission constante, ce qui est encore une cause de bon rendement.

Toutes ces dispositions sont très ingénieuses et elles ont eu le mérite d'appeler l'attention générale sur les avantages bien spéciaux de la locomotive électrique. M. Clérault, ingénieur en chef de la Cls de l'Ouest les a exposés très clairement au Congrès des Chemins de fer, de 1895.

h II est certain, a-t-il dit, qu'au point de vue mécanique la locomotive à vapeur présente un inconvénient radical auquel,

malheureusement, il n'a jamais été possible do remédier : c'est la dépendance absolue du nombre de coups de piston el du nombre de tours de roue ; en sorte que lorsque la locomotive ralentit sa marche, par exemple h la montée d'une rampe, le nombre de kilogrammètres à l'heure diminue, et pour compenser cette diminution de travail on est obligé d'augmenter l'admission et par conséquent la consommation relative de vapeur.

« L'indépendance absolue qui existe dans la locomotive Heilmann entre le moteur el le récepteur fait que. quand on a besoin de produire plus de travail, on laisse la détente constante et on accélère le générateur. On peut par conséquent produire, dans un temps donné, un travail plus considérable ».

D'autre part M. Mazen, ingénieur à la Clede l'Ouest, a montré, par des chiffres très concluants, que la résistance de la locomotive au roulement était bien inférieure à celle dune locomotive ordinaire. C'est ainsi qu'il a trouvé que. pour une vitesse de 02.5 km. à l'heure, la résistance au roulement atteignait :

11,2 kg. par tonne, pour une locomotive à vapeur. 5,1 — pour la locomotive électrique.

4,5 — pour les voitures remorquées.

En d'autres termes la résistance au roulement de la locomotive électrique est sensiblement comparable à celle des automotrices.

11 s'ensuit, comme l'a fait remarquer encore M. Clérault que. sur la plupart des pentes, on peut arrêter la machine à vapeur et procéder au graissage des différents organes, alors qu'il faut encore consommer de la vapeur avec une locomotive ordinaire.

11 est clair, cependant, qu'un pareil système ne pourra jamais être mis en parallèle, pour une exploitation courante, avec celui qui consiste à alimenter la locomotive par un 3° rail ou des conducteurs aériens. 11 faut remarquer, en effet, qu'il n'utilise^ qu'une partie des merveilleux avantages de l'électricité, c'est-à-

dire son adaptation si remarquable à la traction des véhicules. Il laisse subsister l'usine ambulante que constitue la locomotive à vapeur et dont le rendement, même avec le système si ingénieux de démarrage qu'a appliqué M. Heilmann, est forcément inférieur à celui d'une grande usine fixe. Or, du moment où Ton a trouvé le moyen de distribuer l'électricité sûrement et économiquement à de grandes distances, la locomotive Heilmann, avec sa génération spéciale d'électricité, ne pouvait plus être considérée que comme une machine d'expérience, mettant bien en évidence les qualités spéciales des moteurs électriques et permettant de chiffrer les avantages généraux qui résulteraient, pour une ligne donnée, de la transformation radicale du système de traction. Aussi, bien que les essais de l'Ouest aient démontré que la locomotive Heilmann pouvait, à tous les points de vue, soutenir la comparaison avec la locomotive à vapeur, tout s'est borné à des essais et lorsque la Compagnie a eu à appliquer l'électricité à sa nouvelle ligne de Versailles, elle a naturellement employé des locomotives avec distribution du courant par 3e rail.

Locomotives à accumulateurs. — Les locomotives à accumulateurs ne peuvent être également considérées que comme un système de transition, qui a permis à certaines Compagnies, alors qu'elles hésitaient devant les dépenses inhérentes à une transformation générale, de se rendre compte, néanmoins, des avantages si nombreux de la traction électrique.

11 est d'ailleurs à remarquer que les considérations qui ont fait parfois appliquer les accumulateurs pour la traction des tramways n'existent plus pour un chemin de fer. En effet, quand on a dû préférer les tramways à accumulateurs aux tramways à trolley, des raisons d'esthétique sont seulement entrées en jeu, les concessionnaires s'étant trouvés en présence d'un refus péremptoire, de là part des municipalités, d'autoriser l'emploi de conducteurs aériens dans les rues suivies par le tramway. Or un chemin de

Maréchal. — Chcm. de fer 61ect. 2'J

fer, qui jouit d'une plateforme indépendante, n'a pas devant lui de sujétions semblables.

Dés lors, du moment qu'il est possible d'appliquer les conducteurs aériens ou le '■)' rai!, l'em- . ploi d'accumulateurs , j c'est-à-dire d'un système £ inutilement coûteux, se ù trouve très nettement 1 écarté. Du reste si, sur E certaines lignes à profil ~ un tant soit peu accî- | denté, il pouvait venir S à l'idée de recourir à ■■ des accumulateurs, on •s se trouverait en présence | d'une augmentation de .2 poids mort, telle qu'un I semblable projet devrait Sjj être forcément abandon- ,■* né. Sur les métropolitains, en particulier, une exploitation par accumu- 1 latcurs serait littéralc-

■ ment ruineuse, sans

compter que les démarrages et les arrêts occasionneraient une désagrégation rapide des batteries. Nous renvoyons,

LOCOMOTIVES ELECTRIQUES

à ce propos, aux considérations que nous avons déjà développées, en parlant des automotrices à accumulateurs, considérations qui s'appliquent tout aussi bien à des locomotives.

Nous nous bornerons à citer, comme locomotive à accumulateurs, celle avec laquelle la C,c P.-L.-M. a procédé à des essais de grande vitesse.

Cette locomotive est à 3 essieux dont un porteur et deux moteurs (fig. 387). Les moteurs électriques, qui ont été fournis par la maison Sautter, Harlé et C'% sont à induit claveté directement sur l'essieu. Ils sont bipolaires et la suspension des inducteurs (fig. 388) permet à ceux-ci de rester toujours concentriques à l'induit. La puissance de chaque moteur est de 300 chevaux.

Le courant est fourni par la batterie d'accumulateurs, à la tension de 360 volts. Le nombre des éléments de cette batterie est de 192. Chaque élément (type Fulmen) comporte 90 kilogrammes de plaque et peut fournir 1 000 ampères-heure, au régime moyen de 500 ampères. A ce moment les accumulateurs travaillent donc à raison de 5,5 ampères par kilogramme de plaque.

Cette batterie est placée dans un fourgon spécial attelé à la locomotive. Sur la locomotive môme, il existe une autre batterie de 18 éléments, à 140 kilogrammes de plaques, servant pour l'excitation des moteurs, la compression de l'air et l'éclairage. L'excitation indépendante des moteurs rend possible, comme on la dit précédemment, la récupération de l'énergie.

La batterie de la locomotive, quoique ne renfermant que 18 éléments, permet, néanmoins, de faire marcher la machine à la vitesse de 5 à 6 kilomètres à l'heure. La locomotive peut donc se déplacer, même sans son fourgon.

La manœuvre des moteurs se fait à l'aide d'un coupleur et par le système série-parallèle. Toutefois on profile de ce que la batterie d'alimentation permet d'obtenir un voltage variable pour diminuer l'importance des pertes rhéostatiques. A cet effet, au

moment du démarrage, la grande batterie de 192 éléments est découplée et divisée en deux batteries de 96 éléments, montées en parallèle. La tension du courant d'alimentation se trouve donc réduite de moitié. On revient au montage en série, dès que le démarrage a commencé. Malgré cet artifice, un rhéostat de démarrage est indispensable. Il est constitué par des lames de plomb baignant dans une dissolution de carbonate de soude. Une grande cuve en tôle, placée à l'avant de la machine, sur taquets isolants, contient cette dissolution.

Avec les moteurs couplés en parallèle on a pu atteindre facilement, en palier, la vitesse de 100 kilomètres à l'heure, la locotive remorquant alors 100 tonnes, y compris le fourgon à accumulateurs pesant 45 800 kilogrammes.

Quant au poids de la locomotive elle-même, il est de 43 800 kilogrammes. Les essais effectués avec cette locomotive entre Paris et Melun ont non seulement montré que la vitesse ci-dessus indiquée de 100 kilomètres à l'heure pouvait être normalement réalisée, mais qu'elle eût même pu être dépassée sans la baisse de potentiel de la batterie d'accumulateurs. La résistance au roulement a été un peu inférieure à 4,5 kg. par tonne, à la vitesse de 90 kilomètres à l'heure.

Locomotives de manœuvre. — Lorsque la locomotive ne doit servir que pour effectuer des manœuvres dans des gares ou dans des ateliers, il n'est pas nécessaire qu'elle ait une grande puissance.

Par conséquent une locomotive à deux essieux sera alors suffisante et même on pourra parfois n'employer qu'un seul moteur. Dans ce cas, au démarrage par série parallèle, on devra substituer le démarrage rhéostatiquc, c'est-à-dire que Ton absorbera uniquement par un rhéostat la tension en excès du début de la mise en route.

La figure 389 montre un arrangement de cette nature adapté, par les ateliers d'QErlikon, à un simple truck à marchandises pour

Kip. 31111. — Locomotive de mana'uvre de la Siu-iiUc Alsacienne. li' service d'ateliers. Le courant est pris par un archet, à l'exclusion

LOCOMOTIVES KLECTRIQL'ES

du frotteur, le 3° rail ayant été éliminé, par mesure de sécurité, dans le cas considéré.

La figure 390 montre également t une locomotive à archet et à un seul moteur de la Société Alsacienne de constructions mécaniques. Mais, pour proiiter de l'adhérence totale de la machine, on accouple les deux roues par une bielle. Le poids de la locomotive est de 7 500 kilogrammes !.