PONTS ET VIADUCS
Déjà le golfe de la Ta}' avait été traversé près de Dundee par un viaduc de 3 kilomètres de longueur qui, après s*étre écroulé lors du passage d'un train de voyageurs, pendant une tempête, au mois de décembre 1879, vient d'être récemment reconstruit.
Pont du Fortb. — Pour relier complètement Edimbourg au nord de l'Ecosse, il y avait encore un second golfe à franchir, le Firth of Fortb : c'est ce qui a été fait de 1883 à 1890 à l'aide de Touvrage métallique le plus gigantesque construit jusqu'à ce jour.
Ce pont est établi d'après le principe désigné en anglais sous le nom de caniilever System,
En examinant la figure 3, on voit que le pont du Forth se compose de deux viaducs d'approche et du pont à encorbellements proprement dit. Les viaducs d'approche ne diffèrent l'un de l'autre qu'en longueur, leur niveau au-dessus de la mer et l'ouverture de leurs travées étant identiques. Ces deux viaducs sont réunis entre eux par une poutre droite qui traverse tout le pont à encorbellements et assure la continuité de la plateforme de la voie.
Le pont proprement dit se compose de trois piles à double encorbellement et de deux tabliers de jonction intermédiaires. Chaque pile à double encorbellement consiste en une tour métallique projetant de chaque côté une immense console en porte-à-faux sur laquelle vient reposer l'extrémité du tablier de jonction.
La longueur du pont à encorbellement est de 1630 mètres, la tour centrale sur l'îlot d'Inchgarvie ayant
PONTS ET VlADt
79 mètres, les deux autres tours 44 mètres chacune, les deux tabliers centraux de jonction io6 mètres chacun, et les six encorbellements présentant un porte-à-faux de 207 et 210 mètres.
Avec les viaducs d'approche la longueur totale de l'ouvrage est de 2468 mètres.
L'ouverture de chacune des deux grandes travées est de 5 1 8 mètres, et le passage libre pour les navires a une hauteur de 46 mètres.
Les trains passent à 47'",85 au-dessus du niveau de la mer et les tours ont 109 mètres de hauteur.
Cet ouvrage n'a pas absorbé moins de 54.076 tonnes d'acier, et son érection a coûté 75 millions de francs.
Le succès de cette entreprise grandiose n'a pas manqué d'exciter l'imagination des ingénieurs et les projets les plus gigantesques ne les arrêtent plus : la tra-r versée de la Manche par un pont
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a été mise à Tordre du jour; nous n'en dirons que quelques mots.
Pont projeté sur la Manche, — Le projet présenté par MM. Hersent et Henri Schneider se détacherait près du cap Blanc-Nez et atteindrait la côte anglaise au nord de Douvres, suivant la ligne droite qui représente la plus courte distance entre la France et l'Angleterre .
La longueur totale de l'ouvrage serait de 33 kilomètres environ.
Les piles seraient en maçonnerie jusqua2i mètres au-dessus du niveau des basses-mers, et supporteraient des colonnes métalliques de 50 mètres de hauteur sur lesquelles reposeraient les poutres du pont, laissant ainsi une hauteur libre de 61 mètres à basse mer et de 54 mètres à haute mer pour le passage des navires.
Les piles seraient espacées différemment, les plus grandes travées correspondant aux plus grandes profondeurs et les plus petites aux abords des rives et aux hauts fonds sur lesquels ne s'effectue pas la navigation : on aurait ainsi des travées alternées de 300 et 500, de 200 et 350, et de 100 et 250 mètres.
Les deux piles voisines les plus rapprochées supporteraient une immense poutre débordant de chaque côté d'un peu plus du tiers de la distance séparant les piles plus éloignées; le vide restant au centre serait comblé par un petit tablier formant jonction entre les deux poutres voisines.
Le niveau des voies serait à 72 mètres au-dessus des basses mers : il y aurait deux voies et la largeur du
tablier proprement dit serait de 8 mètres; quant à la largeur totale de l'ouvrage, elle varierait depuis 25 mètres jusqu'à 8 mètres.
La plus grande difficulté technique que présenterait la construction de cet ouvrage serait certainement la fondation des piles qui doivent descendre en certains points jusqu'à 55 mètres au-dessous du niveau de la mer.
On peut se demander, d'autre part, si les entraves qui seraient infailliblement apportées à la navigation dans le Pas-de-Calais par la présence des innombrables piles du pont ne constitueraient pas un obstacle insurmontable pour la réalisation de ce projet, qui entraînerait une dépense évaluée, dès à présent, à 860 millions de francs.
Ponts suspendus. — Les ponts suspendus ont été quelquefois employés pour le passage des chemins de fer ; les plus connus sont ceux du Niagara et de New- York.
Le pont suspendu sur le Niagara, à 75 mètres audessus de la rivière, à une longeur de 250 mètres.
Le célèbre pont sur VEast River, réunissant New-York et Brooklyn, a une longueur de 1032 mètres. Il est soutenu par deux piliers en maçonnerie de 114 mètres de hauteur; le tablier du pont a 26 mètres de large, et comprend deux voies ferrées, quatre routes pour les voitures et une passerelle pour les piétons, à 41 mètres audessus du niveau de l'eau.
Tunnels. — Nous venons de voir comment les constructeurs ont été conduits à développer et à perfectionner
Tart de construire les ponts, légué par les anciens, lorsqu'il s'est agi de faire passer des voies ferrées audessus des dépressions du sol.
Un obstacle d'un autre ordre et pour ainsi dire nouveau devait se présenter à l'ingénieur lorsque le trafic international réclama la jonction des pays du nord à ceux du midi de l'Europe. La chaîne interminable des Alpes oppose, depuis la Corniche de Vintimille jusqu'à la vallée du Danube, en Hongrie, un obstacle considérable à l'échange des produits.
11 est vrai, que depuis des siècles, des routes avaient été tracées, souvent avec une hardiesse incomparable, par tous les interstices et à travers tous les points faibles du rempart des Alpes.
Mais tous ces défilés se trouvent à des altitudes considérables : le col de Tende s'élève à 1873 mètres; celui du mont Cenis à 21 18; ceux du Grand et du Petit Saint-Bernard à 2742 et 2217 ; le Simplon à 2020 mètres; le Saint-Gothard à 2113; le Splugen à 21 17; le Brenner atteint 1384 mètres; l'Arlberg, 1794 mètres; et enfin le Semnering, 993 mètres.
Ils ne sont praticables aux voitures que pendant une faible partie de l'année, et doivent être franchis ensuite en traîneau ou à pied, quand les avalanches et les tourmentes n'en interdisent pas complètement l'accès.
Malgré ces obstacles, les voies ferrées essayèrent d'abord de franchir ces cols, et de 1848 à 1853, l'ingénieur autrichien Charles Ghega construisit la ligne de Semméring. En 28 kilomètres, ce chemin s'élève de 461
itiètres, avec des rampes de 25 millimètres par mètre. Quelques années plus tard, au mois d'août 1867, une seconde voie était établie par le Brenner avec une montée de 585 mètres sur 28 kilomètres.
Ces grands travaux, qui exigeaient de nombreux viaducs et tunnels de longueur moyenne, dépassaient déjà de beaucoup tout ce qui avait été réalisé jusqu'alors pour les routes ordinaires; mais la traversée des Alpes par les autres passages devait exiger un bien autre effort de l'industrie moderne.
Le mont Cenis, le Saint-Gothard , TArlberg et le Simplon sont des routes commerciales qui ne peuvent se contenter d'une voie ferrée rendue impraticable par les neiges pendant la majeure partie de Tannée; d'autre part, il aurait fallu, pour atteindre le faîte, avoir recours à des rampes qui auraient réduit la charge des trains dans des proportions trop considérables, ou bien faire faire à la ligne des détours et des lacets qui auraient accru inu* tilement les dépenses de construction et d'exploitation.
Une seule solution, constituant elle-même un problème nouveau pour l'art de l'ingénieur, se présentait : il fallait traverser la montagne par un immense tunnel.
Ce* fut au mont Cenis que Ton s'attaqua le premier ; en 1857, les trois ingénieurs Sommeiller, Grandis et Grattoni percèrent, à Taide de la perforatrice imaginée parle premier d'entre eux*, un tunnel de 12.220 mètres de longueur, et, le 25 décembre 1870, le passage était ouvert entre la France et l'Italie, traversant le massif de Alpes à une altitude de 1338 mètres, bien qu'il eût en-
Sghœller, Chemins de fer et Tramways 2
coreau dessus de lui une épaisseur de 1610 mètres de montagne.
Le 29 février 1880, c'était le tour du Saint-Gothard, percé, en neuf années, d'un tunnel de 14.984 mètres de longueur, par l'ingénieur L. Favre, malgré les difficultés inattendues que rencontrèrent les travailleurs : tantôt c'étaient desrochesd'uneduretéextraordinaire qu'il fallait attaquer, tantôt, au contraire, des couches d'argile qui, sous la pression des roches environnantes, menaçaient d'obstruer le tunnel et écrasaient les maçonneries qu'on essayait de leur opposer; enfin, c'étaient les cours d'eau souterrains qui se déversaient tout à coup dans le tunnel, balayant tout sur leur passage.
Les lignes d'accès au tunnel ne purent être établies qu'au prix d'études considérables, qu'à l'aide des solutions les plus ingénieuses : sans parler des nombreux viaducs et tunnels de longueur moyenne, on rencontre dans la vallée du Gothard, à Wasen au nord, à Dazio- Grande au sud, un seuil d'une hauteur considérable que la Reuss et le Tessin franchissent en formant des cascades impétueuses.
Pour vaincre cet obstacle, le chemin de fer s'engage dans la montagne, et, tournant sur lui-même en s'élevant dans un tunnel en forme d'hélice, débouche audessus de l'ouverture par laquelle il était entré, pour disparaître de nouveau et atteindre enfin le sommet du seuil par un second tunnel en hélice.
La figure 4 montre la vue des lacets de Wasen et l'on aperçoit parfaitement les trois voies superposées.
Le tunnel de TArlberg, construit en quatre ans, et où la rencontre des deux galeries eut lieu le 13 novembre 1883, a une longueur de 10.260 mètres.
Dans chacun de ces travaux gigantesques, on a, bien entendu, profité de l'expérience du travail précédent :à chaque fois, on a employé des perforatrices de plus en plus perfectionnées, donnant un travail utile de plus en plus considérable :
Au mont Cenis Tavancement moyen a été 2^,40 par jour Au Saint-Gothard — — 5°», 58 —
A TArlberg — — 8^30 —
Ces entreprises ont donné lieu à des dépenses considérables.
Le tunnel du mont Cenis a coûté 75.500.000 francs Le tunnel du Saint-Gothard a coûté 58.543. 1 54 — Le tunnel de l'Arlberg a coûté 40.833.300 —
ce qui donne comme coût par mètre courant :
Pour le mont Cenis. . . . 5875 » francs Pour le Saint-Gothard. . . . 3940,41 — Pour TArlberg. .... . 3975 » —
La France, l'Autriche, l'Allemagne et le nord de la Suisse se trouvent aujourd'hui reliées à l'Italie, mais une importante route commerciale n'est pas encore pourvue des moyens de communications nouveaux, celle du Simplon qui relie la France et la Suisse occidentale au nord de l'Italie.
Aussi les ingénieurs suisses, italiens et français se sont préoccupés depuis longtemps du percement du Simplon
et les préférences paraissent s'être finalement arrêtées sur un tunnel de base, qui pourrait avoir 20 kilomètres ou 16 kilomètres. Le tunnel de 20 kilomètres paraît être la meilleure solution, mais les grandes dépenses qu'il occasionnerait semblent devoir le faire rejeter.
Les frais d'établissement seraient de 65 à 70 millions pour un tunnel à simple voie et de 85 à 90 millions pour un tunnel à double voie ; la possibilité de rencontrer sur 1 1 kilomètres des températures très élevées pourrait occasionner un surcroît de dépenses excessif.
Une Commission d'experts nommée par les délégués des cantons de la Suisse romande, en 1886, a donc proposé l'adoption d'un tunnel de base de 16.070 mètres de longueur aux altitudes de 820 et 830 mètres, et qui pourrait être à simple voie.
Le percement du Simplon présentera une grande facilité comparativement aux autres percements de tunnels: les deux têtes du tunnel seront à une faible altitude ; oh disposera pour les travaux d'une force motrice pouf ainsi dire illimitée, grâce aux progrès faits dans le transport de la force par l'électricité ; cette même électricité permettra d'éclairer les chantiers d'une manière plus parfaite et sans doute plus économique ; la proximité du chemin de fer sur le versant nord et la faible longueur des voies d'accès permettront d'approvisionner facile-ment les chantiers. Enfin toutes ces facilités réunies auront pour conséquence la réduction du prix de la main-d'œuvre, et par suite celle de la dépense totale d'établissement du tunnel.
En Amérique, les ingénieurs ont rencontré les mêmes obstacles quand, franchissant le Far West, ils ont voulu relier l'Océan Atlantique au Pacifique : les crêtes hérissées des montagnes Rocheuses se sont dressées devant eux : la première ligne construite aux États-Unis, celle du Pacific Railroad a pu les franchir sans tunnels considérables, mais il n*en a plus été de même lorsque les Anglais ont établi la ligne du Canadian Pacific Railroad destinée à abréger le trajet de l'Angleterre vers la Chine, le Japon et TAustralie, car cette ligne, grâce à sa latitude plus élevée, réduit l'arc du cercle terrestre à parcourir pour passer de Tune des rives à l'autre.
Pour permettre à cette ligne la traversée des montagnes Rocheuses, il a fallu percer un tunnel de 3 kilomètres de longueur.
Dans l'Amérique du Sud, la chaîne très élevée des Andes oppose aux chemins de fer une barrière telle qu'ils n'en rencontreront de plus élevée que lorsqu'ils voudront franchir l'Hymalaya.
Au Pérou, la ligne de Callao à Oroya s'élève à 3350 mètres de hauteur sur un parcours de 168 kilomètres. Elle traverse 63 tunnels et franchit 38 ponts dont l'un, celui du Rimac, a 160 mètres de portée et repose sur des piles de 76 mètres de hauteur. Au Chili une ligne est en construction pour relier Valparaiso sur le Pacifique à Buénos-Aires sur l'Atlantique en traversant le massif volcanique des Andes.
11 est encore un autre cas, non moins intéressant, où il faut recourir au tunnel : c'est lorsqu'il s'agit de fran-
chir un fleuve ou un bras de mer sur lequel les besoins de la navigation ou d'autres 'difficultés ne permettent pas de construire un pont.
Le premier exemple d'un tunnel de ce genre est celui construit par Tingénieur français Brunel sous la Tamise de 1826 à 1843, mais ce n'est qu'en 1872 que fut entrepris le premier travail colossal sous-marin, le tunnel sous la Severn, établi sous l'embouchure de ce fleuve et reliant le sud de l'Angleterre au pays de Galles. La longueur de ce tunnel est de 7 kilomètres, dont 3^'",62 sont situés sous le fleuve. L'épaisseur minima entre le tunnel et le lit du fleuve est de 9™, 1 5.
Le projet de cette entreprise était dû à Ch. Richardson, élève de Brunel. Commencés en 1872, les travaux furent exécutés par la Compagnie du Great Western Railway]\isç{\i'tn 1879, époque à laquelle les eaux d'une source envahirent complètement les travaux en moins de vingt-quatre heures.
Moyennant 24 millions, un entrepreneur, M. Walker, reprit le sauvetage des travaux : il fut maître des eaux en février 1881 et au mois de septembre de la même année, réalisa la jonction des deux têtes de tunnel. En 1883 une nouvelle inondation envahit le tunnel en s'élevant à raison de i",22 par heure, mais M. Walker réussit de nouveau à s'en rendre maître, en sorte que le tunnel put être livré à la circulation le 9 janvier 1886, après douze ans et demi de travaux.
Le tunnel sous la Mersey, inauguré le 20 janvier 1886, relie la ville de Liverpool à Birkenhead, situé sur l'autre
rive et procure un raccourci de 32 kilomètres environ sur les anciennes routes qui contournaient la baie de la Mersey. Le tunnel a une longueur de 1188 mètres et passe à io'°,i5 au-dessous du lit du fleuve. On accède aux deux extrémités du tunnel où se trouvent les stations, à 27"", 50 au-dessous de la rue, par des escaliers de 316 marches, ou plus commodément par trois ascenseurs hydrauliques pouvant contenir chacun cent voyageurs.
Nous ne pouvons terminer ce chapitre sans mentionner le tunnel projeté sous la Manche pour relier la France à l'Angleterre. Ce tunnel qui partirait de Sangate, près de Calais, pour aboutir à Douvres, aurait une longueur de 40 kilomètres. Les études approfondies qui ont été faites et confirmées par des expériences, permettent de prévoir que ce tunnel pourrait être percé entièrement à travers des bancs de craie imperméable. L'ingénieuse perforatrice rotative imaginée par le colonel Beaumont permettrait l'achèvement rapide de ce grand travail, le jour où les difficultés qui entravent la réalisation de cette .entreprise seraient levées.
Superstructure. Le Rail. — Le chemin de fer peut être considéré comme la combinaison de deux éléments : le moteur mécanique destiné à remorquer une charge et la voie ferrée.
Chacun de ces deux éléments a été imaginé séparément et s'est développé pour son propre compte ; l'un et l'autre ne paraissaient destinés qu'à un avenir restreint
lorsque de leur rencontre et de leur union jaillit le plus puissant des outils de l'industrie moderne, transformant le monde en moins d'un demi-siècle en étendant sur lui les mailles serrées d'un réseau de plus de 520.000 kilomètres.
Il est assez facile de remonter à Torigine du moteur employé sur les chemins de fer, la locomotive , mais il n'en est plus de même lorsqu'on veut déterminer l'époque de l'invention de la voie ferrée.
LsLVoie ferrée répond à un double but : premièrement, guider dans leur course la machine et les véhicules qui composent les trains; secondement, réduire la résistance au roulement de manière à permettre de traîner avec une force donnée une charge plus grande que sur les routes ordinaires ou la même charge à une vitesse supérieure.
On peut dire que ces problèmes se sont posés à l'homme dès l'origine, et qu'ils ont reçu à travers les âges les solutions les plus diverses, mais les premières voies ferrées (dans l'acception où nous les comprenons aujourd'hui) dont on ait conservé le souvenir existaient en 1767 dans les charbonnages de Colebrook Dale, dans le pays de Galles. C'est sur les voies minières de cette dernière contrée que les rails subirent leurs premiers perfectionnements.
C'étaient alors de simples plaques de fonte de 5 pieds de long, de 4 pouces de large et d'un quart de pouce d'épaisseur, fixées par trois clous sur des longrines. On en reconnut bientôt l'insufFisance, et en 1797 John Curr inventait le rail à ornières en fonte.
Ce plate-rail, comme rappelaient les Anglais, se composait d 'une partie horizontale servant de chemin de roulement et d'un rebord vertical qui maintenait le véhicule dans la voie. Le rebord se trouvait du côté intérieur à la voie pour arrêter les graviers lancés par les * pieds des chevaux, et quelquefois le rail était renforcé à sa partie inférieure par une nervure.
Aux extrémités de chaque rail étaient ménagés deux petits trous rectangulaires qui, par leur réunion, formaient un vide carré recevant le clou qui fixait à la fois les deux rails contigus sur un dé en pierre.
Ces rails à ornières furent employés pendant longtemps dans les charbonnages et sur les chemins de fer à traction de chevaux : on s'imagine aisément les cahots et les chocs que devaient subir sur une voie de ce genre des véhicules dont les roues n'étaient pas encore munies de boudins: on peut encore aujourd'hui voir à Ticknall, en Angleterre, une ligne construite sur ce type il y a près d'un siècle, restée sans modification depuis lors et exploitée, comme jadis, par traction de chevaux et avec des véhicules à roues sans boudin.
Les ingénieurs du commencement de ce siècle préconisèrent beaucoup cette forme de rails parce qu'elle permettait de faire circuler les véhicules de chemin de fer indifféremment sur leur voie ou sur les routes ordinaires. En Angleterre on entreprit même la transformation de ces dernières sur une assez vaste échelle, en les garnissant de deux files de plaques de pierre ou de fonte. On comptait pouvoir ainsi amener les wagons chargés
de marchandises directement jusqu'au domicile de l'expéditeur, mais ce système hybride devait bientôt disparaître devant l'invention du rail saillant.
William Jessop eut le premier Tidée d'employer des roues à boudins (edge-rail), c'est-à-dire munies d'un rebord saillant, et de les faire rouler sur des rails en saillie ayant la forme d'un T. Le roulement, dès lors, ne s'effectuait plus sur la partie inférieure, mais sur la partie supérieure des rails, et l'une des caractéristiques de nos chemins de fer modernes était ainsi constituée.
Jessop appliqua son invention sur le chemin de fer qu'il avait construit à Longhborough, en 1879, et qui était le premier chemin de fer public établi en Angleterre, Ces premiers rails étaient des barres de fonte très courtes, renflées en leur milieu ; ils étaient désignés par le nom pittoresque de rails à ventre de poisson (fish-bellied). Les rails fish-bellied étaient posés quelquefois sur des traverses en bois, le plus souvent sur des dés en pierre très rapprochés, ayant leurs arêtes, tantôt parallèles aux rails, tantôt placées obliquement. Les rails étaient fixés sur les dés à l'aide de clous ou par l'intermédiaire de coussinets; à l'origine ils n'étaient pas reliés l'un à l'autre, et ce n'est que plus tard qu'on chercha à réaliser cette liaison en faisant des joints à mi-fer ou en queue d'aronde.
Les deux files de rails étaient donc indépendantes, et l'on conçoit le peu de sécurité que pouvait offrir une voie présentant un tel manque de solidarité, alors que la condition essentielle est d'avoir une liaison intime entre les
deux surfaces de roulement qui doivent être constamment de niveau et équidistantes.
Les progrès de la métallurgie permirent de faire des barres de plus en plus longues, et bientôt le fer remplaça la fonte.
Vers 1830, le rail Brunel en section en fj fait son apparition. En 1831, le rail à patin est inventé par l'ingénieur américain Stevens. A partir de 1835, ^^ ï"^'! à double champignon apparaît, en Angleterre. Ces deux derniers rails détrônèrent rapidement tous les autres et constituent les deux types principaux employés aujourd'hui dans les chemins de fer.
Les ingénieurs ont beaucoup discuté sur la valeur relative de l'un et de l'autre : en Angleterre, c'est le rail à double champignon qui est employé presque exclusivement; en France, le rail à double champignon et le rail à patin, aussi dénommé rail Vignole, du nom de l'ingénieur qui en assura la vulgarisation, sont en usage tous deux, ainsi que le montre le tableau ci-dessous; nous indiquons en même temps le poids du rail par mètre courant et sa longueur :
