CHAPITRE X

Chemins de fer à crémaillère. Crémaillères avec courant continu. Crémaillères avec courants triphasés. Monorails électriques. Monorail Behr-Lartigue . Monorail Lange n. Funiculaires électriques. Plates-formes continues à plusieurs vitesses. Plate-forme de l'Exposition de Chicago. Plate-forme de l'Exposition de 1900. Chemins de fer de mines.

Chemins de fer à crémaillère. — Nous avons vu, en étudiant le problème de la traction, qu'à partir d'une certaine rampe il devenait impossible d'assurer le déplacement du matériel par la simple adhérence. Il convient encore de remarquer que la traction électrique permet de reculer notablement cette limite, soit par suite de l'augmentation de poids adhérent qu'elle met en œuvre, soit que, par l'effet nu>me du courant passant des roues dans les rails, il se produise, comme le fait a été vérifié à Baltimore, une augmentation du coefficient d'adhérence.

Les tramways électriques ont démontré clairement l'aptitude du nouveau mode de traction à la circulation des voitures sur de très fortes rampes, et on cite des installations pour lesquelles on a admis des rampes atteignant 10 à 12 millimètres par mètre.

Bien qu'avec des chemins de fer on puisse atteindre des limites aussi élevées, il est généralement reconnu comme excessif de dépasser des rampes de 55 à 60 millimètres. La question de sécurité prend alors le pas sur des questions d'ordre purement électrique et la préoccupation d'assurer rapidement l'arrêt de la voiture, même en cas d'interruption du courant, impose, pour des

CHEMINS DE FER DIVERS A TRACTION ELECTRIQUE 483 rampes dépassant de telles limites, des artifices de traction spéciaux.

La crémaillère est un de ceux que l'on emploie alors le plus

Pig. iîl. — Crémaillère Jliggenbach (coupe transversale).

volontiers, surtout qu'en cette matière l'ingénieur a, pour le gui-

Pig. *Ï2. — Crémaillère Abt (coupe transversale et élévation longitudinale).

der, notamment en Suisse, de nombreuses installations de crémaillère à vapeur, devenues aujourd'hui tout à fait classiques.

Elles ont mis en lumière les avantages précieux de deux types de crémaillère : la crémaillère Riggenbach et la crémaillère Abt.

La première (fig. 421) est en forme d'échelons, ceux-ci étant maintenus par deux joues verticales en acier; la crémaillère Abt, glus simple, et présentant le grand avantage de pouvoir être fabriquée à l'emporte-pièce rappelle l'ancienne crémaillère de cuisine (fig. 422). Elle comporte généralement deux lames parallèles avec dents chevauchant Tune sur l'autre, ce qui adoucit sensiblement le roulement.

Dans l'un et l'autre système, la crémaillère sert de point d'appui à une ou plusieurs roues dentées que met en mouvement une locomotive roulant sur deux rails, situés de part et d'autre de la crémaillère.

Pour appliquer l'électricité à la traction par crémaillère, il a suffit de substituer à la locomotive usuelle à roues dentées une roue électrique actionnant, par engrenages, la roue d'engrènement. Quant au courant même, il est évidemment indiqué de le puiser soit sur une ligne aérienne, soit sur un 3° rail.

Il existe des chemins de fer à crémaillère avec courant continu (Salève, Gênes-Granoloro, etc.). Mais, dans ces dernières années, la tendance a été plutôt aux courants triphasés, ce que Ton peut expliquer, en partie, par les considérations suivantes.

La crémaillère est surtout employée dans les pays montagneux où Ton a à effectuer un service généralement intermittent, l'exploitation étant très souvent arrêtée en hiver. D'autre part, il est presque toujours possible d'alimenter la ligne par un transport de force, c'est-à-dire par un système qui comporte un certain abaissement de la tension. Par conséquent, aussi bien pour diminuer l'importance des installations électriques que pour éviter des frais notables de transformation, on aura une tendance naturelle à avoir recours aux courants alternatifs et parmi ceux-ci à ceux qui sont de l'emploi le plus pratique, c'est-à-dire aux courants triphasés.

Il faut remarquer, en outre, que l'ascension d'un train, même de faible poids, sur une ligne à crémaillère comporte un travail très élevé; en sorte que si celte ligne a une longueur telle que

plusieurs trains peuvent circuler en môme temps, la consommation de courant, rapportée à l'unité de longueur, est bien plus élevée que pour un chemin de fer ordinaire et il faut, par suite, prévoir un certain nombre de points d alimentation. Le courant triphasé permet de réaliser très facilement cette alimentation multiple, chaque centre d'alimentation ne nécessitant que des transformateurs statiques.

Enfin la question du freinage électrique et de la récupération, déjà importante pour un chemin de fer ordinaire, passe, avec la crémaillère, au premier plan. Et Ton sait avec quelle facilité le freinage et la récupération peuvent être obtenus dans le cas des courants triphasés.

A la vérité, en employant des moteurs shunt on se trouverait à ce double point de vue, dans une situation assez favorable. Mais un moteur à courant triphasé coûte moins cher et est surtout d'un entretien moins dispendieux qu'un moteur shunt.

Et si, dans une installation à démarrages fréquents, on doit accepter les inconvénients des moteurs à courants continus, en raison des avantages incontestables qu'ils présentent pour ces démarrages, on se trouve, dans le cas de la crémaillère, en présence d'un régime différent, le démarrage étant l'exception et l'allure générale comportant, au contraire, une circulation à vitesse constante. Or, ce sont là des conditions éminemment favorables à l'application des moteurs à courants triphasés.

Une ligne de chemin de fer peut ne présenter un profil anormal que sur une partie de sa longueur. Dans ce cas on aura évidemment intérêt à limiter l'emploi de la crémaillère à la section spéciale et Ton combinera à la fois l'adhérence avec la crémaillère soit en ayant des locomotives mixtes, soit en poussant les trains ordinaires sur la partie à crémaillère par une locomotive ne circulant que dans cette section.

Crémaillères avec courant continu. — Le chemin de fer élec-

Fig. 423. — Chemin de fer à crémaillère du mont Saléve.

CHEMINS DE FER DIVERS A TRACTION ELECTRIQUE «7 trique du mont Salève est un exemple classique de ce système (fig. 423 et 424).

La voie qui présente en certains points des rampes de 25 millî-

f ig. 424. — Chemin de fer du Salève (Vue de la crémaillère et du rcil conducteur).

mètres par mètre est à l'écarté ment d'un mètre. Entre les deux rails court une double crémaillère Abt prenant appui, comme les rails, sur une traverse métallique (fig. 425). l.a même traverse

porte à son extrémité l'isolateur formant support du 3* rail. La prise de courant se fait par des frotteurs en bronze et le courant revient à l'usine par les rails et des feeders de retour.

Fig. 1Î5. — Coupe transversale de la voie.

La distribution est effectuée à 560 volts (600 volts à t'usine). Les voitures automotrices (fig. 426 et 427) sont à trois essieux . Deux moteurs-série de 40 chevaux, placés sous la caisse, de par

Fig. i!(L — Voiture automotrice.

et d'autre de l'essieu central, attaquent la crémaillère par un double engrenage réducteur (rapport 13 à 1) (fig. 428). La vitesse des voitures varie de 1,50 m. à 3 mètres. Le réglage de la vitesse et le démarrage s'obtiennent par l'intercalation des résistances sur les circuits des moteurs, mais sans que l'on réalise ie couplage par série-parallèle.

La question du freinage a, dans le cas actuel, une grande impor-

CHEMINS DE FER DIVERS A TRACTION ÉLECTRIQUE *88 tancé; mais on doit remarquer que la crémaillère constitue par elle-même un frein excellent, si l'on s'arrange pour bloquer les arbres moteurs. On peut, sur le chemin de fer du mont Salève,

e automotrice descendant

obtenir ce bloquage par un système de mâchoires s'appliquant sur des poulies à gorge, montées sur l'arbre moteur (fig. 429). En

même temps, pour éviter un échaufferaient excessif, on arrose les poulies avec de l'eau.

Les moteurs eux-mêmes peuvent également servir de frein quand on les fait travailler sur les résistances de démarrage. Enfin par la marche arrière on dispose d'un système de freinage énergique, mais très brutal.

Lorsque la ligne est mixte et doit être exploitée à la fois par crémaillère et par adhérence on peut soit prendre les moteurs ordinaires pour actionner la roue engrenant avec la crémaillère, soit monter sur la voiture un moteur spécial qui n'intervient que sur la section à crémaillère.

La première solution oblige à des transmissions un peu compliquées. En outre, comme nous l'avons fait remarquer, le moteursérie, excellent pour les parties à adhérence, n'est pas très convenable pour la traction par crémaillère. Mais si la section à

Fig. 429. — Poulie à gorges pour le freinage.

crémaillère est courte, il n'y aura plus un grand intérêt à modiiier le syslème d'excitation. En sorte que, dans le cas de la traction mixte, le choix du moteur est surtout une question d'espèce. Sur le chemin de fer électrique de Laon (fig. 430), qui n'a que { 479 mètres de longueur, dont 154 mètres en crémaillère, on a adopté une voiture ordinaire de tramway à Irolley, munie de 2 moteurs, de 45 chevaux, à excitation série (fig. 531). Ceux-ci attaquent les essieux par engrenages et font mouvoir, en même temps qu'eux, une roue dentée sur laquelle passe une chaîne galle actionnant un arbre intermédiaire, placé sous le milieu de la voiture (fig. 432). C'est sur cet arbre que l'on a monté la roue dentée à double disque actionnant la crémaillère. Celle-ci est d'ailleurs du système Abt, à double lame et dents chevauchées.

CHEMINS DE FER DIVERS A TRACTION ÉLECTRIQUE 491 La rampe la plus forte à franchir atteint 0,129 m. par mètre.

Fîg. 430. — Chemin <le fer île Laon (seclion à crémaillère). On est donc à la limite de l'adhérence . Aussi a-t-on cherché,

toniotrice du chemin de fer de Laun,

principalement pour éviter les perles occasionnées par la transmission, à marcher sans crémaillère, tout en conservant celle-ci

comme moyen de freinage. Les essais, conduits par la C1" Tbom-

son-Houston, furent, à ce point de vue, satisfaisants, et comme l'explique M. Bourquelot, ingénieur des ponts et chaussées, dans

CHEMINS DE FEH DIVERS A TRACTION ELECTRIQUE 493 la Revue Générale des Chemins de fer, on a pu supprimer, à la montée, toute intervention de la crémaillère'.

Celte expérience est intéressante, en ce sens qu'elle montre avec quelle facilité les moteurs et les voitures électriques se prêtent à la traction sur rampes accentuées. Mais il ne fautpas oublier qu'il s'agit d'une petite exploitation locale, avec voiture unique tout à fait comparable, quant à ses dimensions et à son poids, à une voiture de tramway.

Pour se servir de la crémaillère comme frein, on met en action quatre sabots qui viennent s'appliquer sur des poulies montées sur l'arbre intermédiaire. Ce système de freinage donne une sécurité absolue. On a en outre démontré que l'on pouvait très facilement arrêter les voilures à la descente, soit par la marche arrière, soit en coupant le courant et en mettant les moteurs en court circuit l'un sur l'autre.

Sur le chemin de fer électrique Lyon-Saint- Just. MM. Brown- Boveri ont réalisé une très intéressante application des moteurs à excitation en dérivation, combinés avec des moleurs-série pour la marche par simple adhérence. La rampe à franchir atteint 19 p. 100

' La rampe de 0,129 m. franchie par simple adhérence est en courbe de 130 m. de rayon. Les voitures y réalisent une vitesse de it kilomètre! à l'heure. A ce moment les moteurs sont en parallèle. Ils conioiiunent de 160 à 180 ampères sous $00 volts ; soit .une puissance de 80 à 90 kilowatts.

Fig. M3. — Locomotive du chemin de fer de Lyon-Saint-Just.

La locomotive employée à cet effet comporte d'abord 2 moteurssérie de 25 chevaux attaquant les essieux par engrenages à simple réduction, puis un fort moteur shunt de 150 chevaux attaquant la crémaillère Abt par deux roues dentées avec double train d'engrenages. Le courant arrive à la locomotive par un double archet prenant contact avec une ligne aérienne à 500 volts. L'exploitation courante faite avec ce type de locomotive a démontre" clairement les avantages du moteur shunt au point de vue de la récupération. C'est ainsi que l'on peut, à la descente, sur la section à crémaillère de Lyon-Sain t-Just régénérer 60 p. 100 de l'énergie consommée à la montée.

Crémaillères avec courant triphasé. — Deux applications de ce système sont particulièrement célèbres. Elles ont acquis leur

Pig. *3i. — Chemin de 1er du Gornergrat (Iracé de la ligne).

réputation non pas seulement en raison des difficultés techniques qui ont été surmontées, mais parce qu'elles ont rendu accessibles

CHEMINS DE FER DIVERS A TRACTION ELECTRIQUE 495 des sommets universellement connus, en raison de la beauté du panorama que l'œil y embrasse.

Fig. 4S5. — Suspension des conducteurs

L'un de ces chemins de fer est celui de Zermatt au Gomergrat, aujourd'hui en pleine exploitation (fig. 434); l'autre gravit les

Fig. 436. — Suspension des conducteurs aériens dans les tunnels.

flancs escarpés de la Jungfrau (fig. 44),). A la vérité, il faudra encore quelques années avant que la crémaillère de la Jungfrau

n'ait atteint le sommet de la montagne. Mais, peu à peu, elle poursuit sa marche ascendante et conduit déjà le touriste au milieu des neiges éternelles et des glaciers.

L'équipement électrique du chemin de fer du Gornergrat a été confié à MM. Brown-Boveri. La ligne, longue de 8 kilomètres, s'élève de i 600 mètres, soit une penle moyenne de 200 millimètres par mètre. La station terminus est à la cote 3 018 mètres. On se rend de là à pied, en quelques minutes, au sommet du Gornergrat (3136 mètres). La voie est à Técartement d'un mètre. Elle est munie sur toute sa longueur et en son milieu d'une crémaillère Abt. Le courant est distribué au-dessus des voies par une double ligne aérienne, le retour se faisant par les rails. Les fils de distribution sont en cuivre, de 8 millimètres de diamètre. Ils sont écartés de 40 centimètres et sont soutenus, tous les 30 mètres environ, par des tendeurs prenant appui sur des poteaux en bois (voie courante) (fig. 455) ou sur des crochets scellés dans la maçonnerie (tunnels) (fig. 436). Le courant triphasé circulant dans (aligne aérienne a une tension de 540 volts et un nombre de périodes par seconde de 40. Il est produit, à la tension de 5400 volts, dans une usine hydro-éleclrique qu'alimente une chute de 100 mètres, prise sur le Findelenbach. En trois points de la ligne, des transformateurs statiques ont été installés, pour abaisser la tension du courant primaire à 540 volts. Le transport du courant primaire entre l'usine et les postes de transformation s'effectue par des fils en cuivre de 8 millimètres, soutenus par Tune des rangées de poteaux de la ligne aérienne.

Les trains se composent d'une lomocotive poussant devant elle une voiture fermée et une voiture découverte. Le poids est de :

Locomotive 10,5 tonnes.

Voiture fermée 5,2 —

Voiture découverte 4,0 —

110 personnes à 75 kilogrammes 8,3 —

Total . . . 28,0 tonnes.

CHEMINS DE FER DIVERS A TRACTION ÉLECTBIQUE M Lu locomotive (fig. 437] comporte un châssis sur lequel sont

Fig. 437. — Locomotive électrique.

montés 2 moteurs triphasés de 90 chevaux, tourna n1 normalement

à 800 tours par minute (fig. 438}. Chaque moteur actionne