CHAPITRE II

ORIGINE DES CHEMINS A RAILS. — CHEMINS A RAILS DE BOIS DES MINES DE NEWCASTLE. — CHEMINS A RAILS DE FER. — EMPLOI DE LA LOCOMOTIVE DE TRBVlTIllCK ET VIVIAN SUR LE CHEMIN DE FER DE MERTHYR-TYDVIL. — ERREUR THÉORIQUE SUR LA PROGRF.SSION DES LOCOMO- TIVES. — SYSTÈMES DE MM. BLENKINSOP^ CHAPMAN ET BRUNTON. — EXPÉRIENCES DE M. BLACKETT. — PROGRÈS DANS " LA CONSTRUCTION DES LOCOMOTIVES. — DÉCOU- VERTE DE LA CHAUDIÈRE TUBULAIRE PAR M. SÉGUIN aîné. — LB TUYAU SOUFFLANT DES LOCOIfOTIVES. — HISTOIRE DE LA DÉCOUVERTE DE CE MOYEN PUISSANT DE TIRAGE DES CHEMINÉES DES MACHINES A VAPEUR. — CRÉATION DES LOCOMOTIVES ACTUELLES.

Les routes à ornières artificielles, sur lesquelles Trevithick et Vivian crurent devoir reléguer leur voiture à vapeur, étaient en usage en Angleterre, depuis longues années. Pour diminuer les effets du frottement considérable que les roues éprouvent sur le sol, on eut, de bonne heure, l'idée de les assujettir à tourner sur des bandes de bois parallèles, disposées sur toute l'étendue de la distance à franchir.

On ignore l'époque précise du premier établissement de ces voies artificielles, qui furent employées pour la première fois,àNewcastle. On sait seulement qu'elles existaient vers la fin du xvnr siècle. Un ouvrage publié

en 1696, Vie de lord Keepemorth^ nous fait connaître l'existence, à cette époque, de chemins à rails de bois dans les houillères de Newcastle.

« Les transports, dit Tauleur de cet ouvrage, s'effectuent sur des rails de bois parfaitement droits et parallèles^ établis le long de la route, depuis la mine jusqu'à la rivière ; on emploie sur ce genre de chemin de grands chariots portés par quatre roues, qui reposent sur les rails. 11 résulte de cette disposition tant de facilité dans le tirage, qu'un seul cheval peut descendre de quatre à cinq chaldronSy ce qui procure aux négociants un avantage immense. »

Cette observation de notre auteur était parfaitement fondée. On comprend sans peine tous les bénéfices que devait fournir, pour l'économie de la force motrice, la substitution d'une surface plane et polie, aux inégalités des routes ordinaires. Aussi l'emploi de ces ornières artificielles donna-t-il les meilleurs résultats dans les mines de Newcastle. Les immenses transports que l'on y faisait, de l'orifice du point de sortie des puits de mines au lieu de chargement, sur la Tyne, rendaient précieux, à divers titres, cet ingénieux système. Un cheval pouvait traîner, sur ces rails, une charge presque triple de celle qu'il transportait sur une route ordinaire.

Les rails employés à cette époque étaient en bois de chêne ou de sapin. Ils avaient ordinairement 1"*, 8 de longueur, et étaient fixés sur des traverses, placées à 0",60 les unes des autres.

Les chemins à rails de bois employés à Newcastle, furent adoptés dans quelques gisements houillers des comtés de Durham et de Northumberland, et dans quelques autres provinces de l'Angleterre. Les frais d'établissement et d'entretien étaient considérables, sans doute, mais ils étaient bientôt couverts par l'économie des transports.

Ce genre de chemin offrait cependant divers inconvénients. Le frottement des roues usait les rails avec assez de rapidité. Il fallait les renouveler souvent, et comme la voie devait toujours conserver la même largeur, on était

obligé de fixer les nouvelles pièces de bois aux mêmes points d'attache ; ce qui amenait une détérioration rapide des traverses. L'action des pieds des chevaux sur le milieu de la route, où les supports se trouvaient à découvert, hâtait encore cette détérioration. Enfin, par suite de la flexibilité du bois, les rails cédaient aisément au poids des chariots, et quand la pluie les avait pénétrés, ils offraient une résistance assez prononcée au tirage.

Le peu de résistance et de durée des rails de bois, fit naitre l'idée de les revêtir de bandes de fer, dans les parties de la route qui présentaient des courbes ou des pentes trop prononcées.

Ainsi modifié, ce système de transport fut bientôt adopté dans la plupart des exploitations houillères de la Grande-Bretagne. Bien qu'imparfait à divers égards, il fut conservé pendant plus de soixante ans, sans modification notable.

On finit cependant par reconnaître les avantages que donnaient, pour la diminution du frottement, les plaques de fer appliquées sur les rails de bois, en certains points de la route. Cette observation suggéra l'idée de généraliser l'emploi du fer, et de remplacer, sur toute l'étendue du chemin, les rails de bois par des bandes métalliques.

Aux madriers ferrés on substitua donc des rails coulés en fonte. Cette amélioration fut essayée pour la première fois en 1738, et adoptée trente ans après, d'une manière définitive. C'est ce qui résulte du passage suivant d'un recueil scientifique anglais.

« En il%Sj est-il dit dans ce recueil, les rails de fonte furent^ pour la première fois, substitués aux rails de bois ; cet essai ne réussit pas complètement, parce que l'on continua à employer les chariots de forme ancienne, dont la charge élait trop forte pour la fonte. Néanmoins, vers 1768, on eut recours à un moyen fort simple, on construisit un certain nombre de chariots de plus petite dimension, on les joignit ensemble, et en divisant ainsi la charge, on détruisit la cause principale du peu de succès de la première tentative (I). »

(1) Trantatitiont Highland Society, vol. VI, p. 7.

Cette heureuse innovation de l'emploi de la fonte fut réalisée en 1768, par l'ingénieur William Reynolds, l'un des propriétaires de la grande fonderie de Colebrook-Dale, dans le Shropshire.

Les rails de fonte employés par Reynolds, présentaient à l'extérieur un rebord saillant destiné à fixer et à maintenir la roue du wagon de manière à l'empêcher de sortir de la voie. Mais la poussière ou la boue du chemin 8*aocumulaient entre ce rebord et le rail, et amenaient ainsi, sur les routes ferrées, une partie des inconvénients des routes ordinaires.

En 1789, sur le chemin de fer des mines de Loughborough, Jessop remplaça les rails i rebord par des rails droits, c'est-à-dire par une simple bande de fer. Seulement, pour assurer le maintien du wagon sur le rail, on arma les roues d'un rebord saillantd*un pouce de largeur, ce qui les retenait invariablement dans cette sorte d'ornière artificielle formée aux dépens de la roue même du wagon.

Depuis 1789 jusqu'à l'année 1811, tous les rails employés en Angleterre, pour le service des mines, furent construits d'après ce principe. Le seul perfectionnement que les Toies ferrées présentèrent depuis cette époque, consista dans la substitution du fer à la fonte. La fabrication du fer ayant reçu dans cet intervalle, en Angleterre, des perfectionnements qui eurent pour effet d'abaisser de beaucoup le prix de ce métal, cette substitution importante put être enfin réalisée. La malléabilité et la ténacité du fer, comparées à celles de la fonte, offraient des conditions précieuses pour la résistance et la solidité des rails.

C'est George Stephenson qui adopta le premier les rails de fer.

Les chemins de fer ainsi construits, existaient en assez grand nombre en Angleterre, dans les mines de houille, lorsque Trevithick et Vivian obtinrent leur brevet pour Temploi des voitures à vapeur sur les routes ferrées existant à rintérieur et hors des mines de houille. Leur locomotive, qui fut adoptée en

4 804, sur le chemin de fer des mines de Merthyr-Tydvil, ne différait que fort peu d'ailleurs, de la diligence à vapeur qu'ils avaient construite précédemment pour les routes ordinaires. Elle se composait d'un seul cylindre disposé horizontalement. Le piston transmettait son mouvement aux roues, à l'aide d'une bielle et de deux engrenages.

Trevithick et Vivian recommandaient, dans leur brevet, de garnir de quelques aspérités ou rainures transversales, la jante des roues de la locomotive, afln de provoquer plus de frottement, et de remédier ainsi au glissement de la roue sur la surface polie du rail. Us proposaient même, quand la résistance serait considérable, de placer, sur la circonférence des roues, une sorte de cheville, ou de griffe, ayant prise sur le sol.

En effet, tous les savants admettaient à cette époque, que la principale difflculté qui devait s'opposer à l'emploi des locomotives sur les chemins de fer, consistait dans le défaut d'adhésion des roues sur le rail : on pensait que la surface unie de ces bandes métalliques n'offrait pas assez de frottement pour que la roue pût y trouver une prise suffisante, et l'on concluait que l'action de la vapeur aurait, seulement pour effet de faire tourner les roues sur place sans entraîner leur progression : a Entre deux surfaces « planes, disent Trevithick et Vivian, dans un a mémoire sur ce sujet, l'adhésion est trop a faible ; les voitures sont exposées à glisser, « et la force d'impulsion est perdue. » C'est pour cela qu'ils recommandaient de rendre, autant que possible, inégale et raboteuse la jante des roues de leur locomotive.

Cette idée inexacte avait été émise par suite d'une simple vue de l'esprit, et sans aucune expérience préalable. Adoptée sans autre examen par tous les ingénieurs, elle constitua dès ce moment, l'obstacle devant lequel la science des chemins de fer resta stationnaire.

Cette aberration des savants fournit un exemple singulier des conséquences fâcheuses

auxquelles peut conduire une opinion théorique formée hors du domaine de l'expérience. Depuis la construction de la première locomotive de Trevithick, tous les efforts des praticiens s'appliquèrent à triompher d'une difficulté imaginaire, et l'on fut ainsi amené à toute une série d'inventions malheureuses et de créations bizarres dont nous abrégerons la triste nomenclature.

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^Li3Lari£mjEI A

Pig. 135. — LocomotiYe à eremalllère de Blenkinsop.

C'est ainsi qu'en 1811, M. Blenkinsop, directeur du chemin de fer des houillères de Middleton, imagina un système de locomotive dans lequel les roues n'avaient plus d'autre fonction que de supporter l'appareil moteur. L'un des rails AB (fig. 125), était pourvu de dents, et sur cette crémaillère venait engrener une roue dentée, mise en mouvement, à l'aide d'une tige articulée D, par le piston de la machine à vapeur.

Ces dentelures devaient, on le comprend sans peine, augmenter singulièrement les effets du frottement et de la résistance. Cependant le système Blenkinsop servit plus de douze années aux transports de la houille.

En 1812, William et Edward Chapman tentèrent de substituer à la crémaillère de Blenkinsop, un système nouveau. Ils placèrent au milieu de la voie, et de distance en distance, divers points fixes, sur lesquels le convoi était remorqué par une machine à vapeur, à

Faide d'une corde qui s'enroulait sur une espèce de tambour; le câble était détaché aussitôt que le convoi était arrivé à chacun des points fixes échelonnés sur la route.

Ce procédé de remorquage fut quelque temps employé sur le chemin de fer de Heaton près Newcastle. C'est par ce système que fonctionna le premier chemin de fer établi en France, celui des mines de Saint-Étienne.

En 1813, un ingénieur, M. Brunton, alla même jusqu'à essayer de faire agir la puissance de la vapeur, non sur les roues de la locomotive, mais sur des espèces de béquilles mobiles, qui pressant contre le sol et se relevant ensuite comme la jambe d'un cheval, poussaient en avant la voiture.

Locomotire à béquilles de Bruntoii.

La figure 126, représente ce que l'on a appelé la locomotive à béquilles de Bruntoti: du cylindre A de la machine à vapeur partait une tige AB, qui portait contre le sol, et à certains moments se relevait par le jeu du levier AC. Ce mécanisme poussait la locomotive en avant, comme un bateau est poussé, au moyen d'un levier que l'on appuie fortement sur le fond d'une rivière.

11 y avait dans cette étrange disposition de quoi briser en mille pièces, par suite des secousses, les plus robustes machines. Un accident arrivé à la chaudière empêcha de continuer les essais.

On aurait pu longtemps encore, tourner,

sans de meilleurs résultats, dans le cercle de* ces difficultés imaginaires. Heureusement on se décida à finir par où Ton aurait dû commencer. En 1813, un ingénieur, M. Blackett, mieux avisé que le reste de ses confrères, se proposa de rechercher quel était le degré d'adhérence des roues d'une locomotive sur la surface des rails, et de déterminer, par expérience, la quantité de force que faisait perdre le glissement de la roue.

Le hasard vint à son aide, car les raik du chemin de fer de Wigan , sur lequel il entreprit ses recherches, étaient plats et d'une grande largeur, au lieu d'offrir la section elliptique et la faible surface que présentaient alors la plupart des rails établis dans les mines de l'Angleterre. Grâce à cette particularité, et peut-être aussi par l'effet du poids considérable de la locomotive dont il faisait usage, M. Blackett fut amené à reconnaître qu'en raison des aspérités qui existent toujours sur la surface du fer, quelque unie qu'elle soit par le frottement, les roues de la locomotive peuvent mordre suffisamment sur le rail pour y prendre un point d*appui. Il constata par une série d'expériences, que le poids de la locomotive suffit pour déterminer l'adhésion des roues, s'opposer à leur rotation surplace, et provoquer ainsi la marche des plus lourds convois.

La légende qui représente Archimède s*élançant, à demi nu, dans les rues de Syracuse, en criant : Eurêka ! est assurément controuvée ; mais on nous dirait qu'à la vue du résultat de ses expériences, l'honorable M. Blackett se livra à un pareil accès de joie et de folie, nous le croirions sans trop de peine. En effet, l'obstacle si grave, qui arrêtait depuis dix ans la science des chemins de fer, venait de disparaître en un moment, et les locomotives, qui n'avaient été admises sur les chemins à rails qu'à contre-cœur et comme pis aller, étaient en mesure de fournir, dans un intervalle prochain, des résultats devant lesquels Tima* gination aurait reculé jusqu'à cette époque.

Fiiç. 127. — Une mine de cliarLoo à Neweastle, avec ûe% wagons tramés par des chevaui sur des rails deitou,

Moins iVuriiî année après les expériences de M. iJlackell,c est-i-dire LMi 1814, la première lotuinolive qui ait fonclionné avec avantage sur des nuls de fer, sortait des ateliers de Georges et Robert Stephensoii, à Newcastle, pour servi I' au transport des houilles des mines dtt Kitlingworlh jusqu'au lieu d'embarquement. Pour assurer l'adhérence des roues contre les rails, Georges Stephenson avait donné à la locomotive un poids considérable, et pour proliter de radhcrcncc de ces trois roues j il les avait reliées entre elles au moyen d'une chaîne.

La figure 129, page 275, fera comprendre les dispositions essentielles de la locomolive de George et Robert Stephenson, que Tonu désigné sous le nom de locomotive d chaîne sans fin.

Les trois roues du véhicule sont accouplées par une chaino sans fin ABCD, qui passe sur trois roues déniées E, F, G, nionlées sur le miheu de Tessieu de chaque roue. Ces trois roues dentées, entraînées par le mouvement de la chaîne, font lourner les roues ellesmêmes I,J, K de la locomotive, en produisant une forte adhérence, et |*ar conséquent la progression. Au-dessus de la chaudière s<Mit

places deux cylindres à vapeur H, H dont les pistons LM, qui se meuvent en ligne droite, venant agir, au moyen d*une traverse (que Ton a supprimée sur la figure 129, pour montrer l'intérieur de la chaudière), sur un levier fixé aux roues 1, J, K, font tourner ces deux roues. Les manivelles de l'un des essieux étaient croisées par rapport à celles des autres essieux, pour éviter ce temps d'arrêt que l'on appelle en mécanique \c point mort.

Dans cette locomotive, la chaudière était supportée d'une manière fort bizarre, et qui se voit très -bien sur la figure 129. Elle était suspendue sur trois petits pistons, qui étaient pressés de haut en bas, tout à la fois par le poids du liquide et la pression de la vapeur.

Stephenson ne tarda pas à abandonner ce mode étrange de suspension de la chaudière. 11 la fit supporter par de simples ressorts d'acier semblables à ceux qui supportent les caisses de nos voitures.

Pourfaire comprendre ladispositiondu foyer dans cette locomotive primitive de George Stephenson, nous représentons à part (lîg. 128), cette cliaudicre et le foyer, vus en coupe. On

Fig. 128. — Chaudière de la locomoUve de Stephenson. voit que le foyer était placé à peu près aux deux tiers, et à Tintérieur de la chaudière. La formedecettechaudière était cylindrique. Elle avait 2'",44 de long sur 1",80 de diamètre, et le foyer cylindrique qui occupait une partie de sa capacité, avait 0'%50 de diamètre.

Ces dispositions de la première locomotive qui ait circule sur des rails de fer, étaient as-

surément fort imparfaites. Peut-être s'étonnera-t-on de cette imperfection, si l'on considère qu'à cette époque, les machines à vapeur fixes, tant à haute qu'à basse pression, avaient reçu toute la puissance et la commodité désirables, et que l'on avait déjà fort heureusement réalisé l'application de la vapeur à la propulsion des bateaux. Mais il ne faut pas oublier combien était difficile l'application de la vapeur conrime moyen de locomotion sur des rails. D'abord, on ne pouvait, comme sur les bateaux où les poids s'écjuilibrent par le déplacement de l'eau, ajouter des masses de fer ou d'autres métaux, destinés à consolider l'appareil, ou à supporter les ébranlements et les chocs résultant de la marche. En second lieu, la force mécanique dont on pouvait disposer, était très-limitée. Elle était limitée aux dimensions de la chaudière, qui ne pouvait fournir qu'une quantité de vapeur proportionnelle à la surface offerte à Faction du feu. En plaçant le foyer dans l'axe de la chaudière, enveloppée de toutes parts par l'eau, Stephenson avait augmenté, autant qu'il l'avait pu, cette surface ; mais la quantité devapeurainsiproduite,étaitencore médiocre, et par conséquent, la puissance mécanique de l'appareil très-peu considérable. Ajoutons que les rails dont on faisait usage alors étaient fort légers, ils ne pesaient que 12 à 15 kilogrammes par mètre courant, au lieu de 35 environ qu'ils pèsent aujourd'hui. 11 résultait de là qu'on ne pouvait augmenter le poids et la solidité des locomotives sans s'exposer à dégrader ou écraser les rails. Par suite de leur défaut de solidité, les locomotives résistaient mal à l'ébranlement résultant de la progression et se détérioraient assez vite.

11 faut qu'une locomotive soit relativement %ère,pournepasendommagcrlesrails,5o/iVfc pour n'exiger que les réparations d'entretien, ci puissante, pour réaliser un effort considérable. A l'époque où fut construite la première locomotive do Stephenson, il était impossible de réaliser aucune de ces trois conditions.

LOCOMOTIVK ET CHEMINS DE FER

Fig. 129. — Locomotive à chaîne sans fin de Stcphenson.

En 1815, George Stcphenson, avec le secours d'un ingénieur nommé Dodd, perfectionna sa locomotive, en supprimant, nonseulement le mode bizarre de suspension de la chaudière, comme nous l'avons déjà signalé, mais aussi en faisant disparaître la chaîne qui reliait les deux roues. Il remplaça cette chaîne par une barre horhontale, qui rattache l'une à l'autre les deux roues et les rend solidaires. \j accouplement des roues au moyen d'une barre horizontale, imaginé par George Stcphenson , a toujours été adopté depuis cette époque, dans les locomotives. Enfin Stcphenson et Dodd imaginèrent d'alimenter constamment la chaudière d'eau, au moyen d'une pompe foulante, mise en action par le mécanisme moteur de la locomotive, et qui puisait l'eau dans un réservoir placé sur le chariot d'approvisionnement [tender) attelé à la locomotive.

Ainsi perfectionnée par George Stcphenson et Dodd, la locomotive prit la forme que représente la figure 130. DD est la barre d'accouplement qui attiiche les roues et les rend solidaires. A est la tige du piston qui se tneut verticalement. Elle est munie d'une

articulation au point E, d'où pari une tige EC mobile dans le sens horizontal. Cettt tige articulée agissant sur le levier CD de la roue F, met cette roue en action.

Fig. 130. — LocomotlTe à roues couplées de Stephemon*

Le même efl^et se produisant sur la roue opposée, et les deux leviers de l'une et de l'autre roue étant placés au poini morijOn comprend que la progression du véhicule soit continue.

Ces locomotives furent employées de 1814 à 182S environ, sur le chemin de fer des usines Killingworth . Elles servirent ensuite à traîner les convois de charbon sur le chemin de fer de Darlington à Stockton.

Ce chemin de fer avait 61 kilomètres de longueur, et était pourvu d'une double voie, sur les deux tiers de son parcours. Il avait nécessite une dépense do 430,000 francs par kilomètre. Autorisé en 1821, il fut ouvert en 1825. A l'origine, on employait les chevaux pour remorquer les wagons. Mais la locomotive récemment perfectionnée par Stephenson et Dodd , ne tarda pas à être substituée aux chevaux. En même temps, on fit servir au transport des voyageurs cette voie ferrée, qui n'avait été construite, dans l'origine, que pour le transport du charbon.

Cependant, par suite de la faiblesse de la machine, les convois ne marchaient qu'avec beaucoup de lenteur, lis employaient ordinairement quatre heures à parcourir la distance de sept lieues qui sépare la plaine de Brnsselton de la ville de Stockton. Au retour, les chariots vides mettaient cinq heures à faire le même trajet, en raison d'une faible pente qu'il fallait remonter.

Les chemins de fer commençaient donc à rendre quelques services à l'industrie : ils servaient à transporter la houille et certaines marchandises avec plus d'économie que le roulage . Mais ce système était encore dans l'enfance. Il ne pouvait fonctionner qu'avec une lenteur extrême, et rien n'annonçait les prodiges q[u'il devait réaliser dans un délai peu éloigné.

Par quel coup de baguette magique cette invention, languissante depuis son origine , subit-elle la transformation inespérée dont nous admirons aujourd'hui les résultats?Comment les locomotives, qui n'avaient pu servir encore qu'au transport des marchandises, se trouvaient-elles, une année après, susceptibles de s'appliquer au transport des voyageurs, en réalisant une vitesse qui, jusqu'à ce moment, aurait paru fabuleuse?

Cette révolution fut opérée tout entière par une simple modification apportée à la forme des chaudières des locomotives. La découverte des chaudières tubulaires vint changer brusquement la face des chemins de fer, car son application permit d'obtenir immédiatement, sur ces voies artificielles, une vitesse de douze lieues à l'heure.

Ce ne sera pas pour notre pays un faible titre de gloire : cette découverte mémorable appartient à un ingénieur français, à Marc Séguin.

Le chemin de fer de Saint-Étienne à Lyon dont nous avons raconté plus haut, l'établissement et esquissé la physionomie, devait être desservi tout à la f^is par des chevaux, par des machines à vapeur fixes remorquant les convois sur les pentes trop roides, enfin par des locomotives. L'art de construire les locomotives ne s'était pas encore introduit en France ; la compagnie du chemin de fer de Saint- Étienne avait donc fait acheter, en 1829, deux locomotives à Manchester, dans les ateliers de Stephenson. L'une d'elles fut envoyée, comme objet d'étude, à M. Hallette, constructeur de machines à Arras; l'autre fut amenée à Lyon, pour servir de modèle à celles que devait y faire construire M. Séguin aîné (Marc Séguin), directeurduchemin.de fer de Saint- Etienne, pour les appliquer au service de cette voie ferrée.

A la suite des différents essais auxquels ces machines furent soumises, on reconnut que leur vitesse moyenne ne dépassait pas six kilomètres à l'heure. C'est alors que M. Séguin^ frappé de l'insuffisance de cette vitesse, fut amené à en rechercher la cause.

Le vice de la locomotive de Stephenson résidait, comme il le reconnut, dans la forme de la chaudière.

La force d'une machine à vapeur dépend de la quantité de vapeur qu'elle produit dans un temps donné. Or, comme nous l'avons vu, la quantité de vapeur fournie par une chaudière, est proportionnelle à l'étendue de la surface

que celle-ci présente à Taction du feu. Dans la chaudière de Stephenson , celte surface était insufGsante, car le foyer, placé dans Taxe de la chaudière, ne pouvait agir que sur la partie cylindrique qui Fenveloppait. Le problème du perfectionnement des locomotives consistait donc à accroître la quantité de vapeur fournie par le générateur, sans augmenter ses dimensions au delà de certaines limites.

M. Séguin donna une solution des plus extraordinaires et des plus brillantes de cette graye difficulté. Il fit traverser la chaudière par une certaine quantité de tubes d'un petit diamètre, dans Fintérieur desquels venaient circuler l'air chaud et la fumée qui s'échappaient du foyer. La surface offerte à l'action du feu devenaitainsi infiniment considérable: avec un générateur de dimensions ordinaires, on pouvait offrir une surface dé plus de 150 mètres à l'action de la chaleur. L'air chaud, traversant ces tubes, vaporisait rapidement l'eau qui remplissait leurs intervalles, et provoquait^ dans un temps très-court, le développement d'une énorme quantité de vapeur.

Les chaudières des premières locomotives de M. Séguin contenaient quarante-trois de ces tubes ; on ne tarda pas à les porter jusqu'à soixante-quinze, et plus tard jusqu'à cent, et même cent vingt-cinq.

Il restait cependant une autre difficulté à surmonter. On ne pouvait employer sur les locomotives, que des cheminées d'une hauteur médiocre, car les longues cheminées en usage dans nos usines, pour activer la combustion, auraient compromis la stabilité de tout le système, et obligé d'accroître au delà de toute proportion raisonnable, les dimensions des ponts et des souterrains traversés par les convois. Or, il était à craindre qu'avec de courtes cheminées, le tirage ne s'établît qu'avec beaucoup de peine au milieu de cette longue série de tubes étroits traversés par le courant d'air chaud. M. Seguin surmonta cette difficulté en disposant devant le foyer, un ventilateur, destiné à provoquer un tirage artificiel. Ce

ventilateur, misen mouvement par la machine elle-même, fut d'abord placé sous le foyer; on le transporta ensuite dans la cheminée.

« Le plus grand obstacle que J'entrevoyais , dît M. Séguin aîné (t), à raccomplissement de mon projet, était la faculté de parvenir à obtenir, dans le foyer, un courant d'air assez fort pour déterminer les produits de la combustion à passer au travers des tubes qui remplaçaient la cheminée de la chaudière. Je craignais que la faiblesse de leur diamètre, en augmentant les surfaces, ne causât assez de retard dans la marche de l'air pour anéantir entièrement le tirage. 11 fallait donc avoir recours à un moyen d'alimentation artificielle absolument indépendant du tirage de la cheminée. C'est ce que j'obtins au moyen des ventilateurs à force centrifuge; après quelques essais, je parvins à produire jusqu'à 1 200 kilogrammes de vapeur à l'heure, en employant des chaudières de 3 mètres de longueur sur 0",80de diamètre, renfermant 43 tuyaux de 0'°,04 de diamètre. »

M. Marc Séguin obtint en France, au mois de février 1828, un brevet d'invention pour seschaudièrestubulaires,eten décembre 1829, un autre brevet pour son ventilateur mécanique. Mais ce ventilateur était peu commode et. entraînait divers inconvénients.

L'importantproblème d'activer le tirage de la cheminée des locomotives, trouva bientôt une solution infiniment plus heureuse. Au lieu de provoquer le tirage par un ventilateur, on dirigea dans l'intérieur du tuyau de la cheminée, la vapeur à haute pression qui s'échappe des cylindres, après avoir produit, son effet mécanique, vapeur que l'on avait jusque-là rejetée dans l'atmosphère.

Ce moyen active le tirage du foyer parce que l'air du tuyau, sans cesse entraîné par le jet de vapeur, est remplacé aussitôt, par l'air qui arrive du foyer. La vapeur qui s'échappe, exerce donc sur l'air du foyer une sorte d'aspiration, qui produit un tirage d'une très-grande énergie. On appelle tuyau souf-fiant le tube qui injecte dans les cheminées la vapeur sortant des cylindres.

Il est impossible de connaître exactement

[W De Vinfluence de* chemins de fer, et de Cari de le* tracer et de les construire, ln*8*, p. 429.

Tauteur de cette idée admirable, dont on a tiré un si grand parti de nos jours. Comme toutes les grandes inventions familières, telles que la charrue, la balance, le moulin à vent, le cadran solaire, le cabestan, la navette du tisserand, les lampes, les phares, le rouet, la manivelle du rémouleur, etc., cette idée se perd dans la nuit des âges écoulés. L'architecte romain Vitruve signale, dans son ouvrage, remploi d'un jet de vapeur, pour produire un courant d'air, et c'est d'après lui que Philibert Delorme, dans son Architecture^ recommande, pour pousser la fumée dans les cheminées, de placer à quatre ou cinq pieds du foyer, un vase sphérique contenant de l'eau en ébullition, lequel, dit-il, « par Tévapora- «tion de l'eau, causera un tel vent qu'il n'y «a si grande fumée qui n'en soit chassée par «le dessus (1). »

C'est à un ingénieur français, nommé Mannoury-Dcctot, que sont dues les premières notions exactes que l'on ait eues, dans notre siècle, sur cet important objet. Après avoir reconnu les propriétés A'oitraînement que possède un jet rapide d'un fluide quelconque, tel que de l'eau, de l'air ou de la vapeur, cet ingénieur construisit diverses machines qui devaient leur mouvement à un courant d'air rapide, déterminé lui-même par l'injection d'un jet de vapeur à haute pression dans un tube d'un plus grand diamètre.

Une de ces machines de Mannoury-Dectot

(1) Voici le texte de Pliilibert Delorme, au chapitre VIU du livre IX de son Architecture :

« Autre rentéde et invention contre les fumées, — Par une f autre invention, il serait très-bon de prendre une pomme « de cuivre ou deux, de la grosseur de 5 à 6 pouces de « diamètre, ou plus, et ayant fait un prtit trou par le dos- « sus, les remplir d*eau, puis les mettre dans la ciieminée,

• à la hauteur de 4 à 5 pieds ou environ, afin quVIles se m puissent échauffer quand la chaleur du foyer parviendra

■ jusqn*à elles, et par Tévaporation de Teau causera un tel « vent qu'il n'y a si grande fumée qui n*en soit chassée par le « dessus Ladite chose aidera aussi à faire flamber et allu-

■ mer le boi^ étant au feu, ainsi que Vitruve le montre

• au sixième eliapilre de son premier livre. » Page 270 bis de l'édition de 1697.) La petite p'tMt.e de cuivra dont parii' ici Pliilibert Delorme, n'était autre chose que IV'*/ipv/'\ iiiNhiinieiil de physique amusante, et qui n'a jamais i«.... sous celle forme, une application sérieuse.

' consistait en une danaïde^ ou sorte de tur- I bine, dont les palettes étaient sollicitées par I un rapide courant d'air, provoqué par l'injection d'un jet de vapeur à haute pression dans un tube d'un diamètre plus considérable. Cet ingénieur décrit même unsoufflet à vapeur^ formé d'un faisceau de tubes soudés à l'extrémité extérieure d'une buse de forge, et dans chacun desquels s'engage, d'une petite quantité, un tube effilé, lançant un jet de vapeur très-rapide. Les jets de vapeur déterminent un courant d'air dans chaque tube, et font entrer une très-grande quantité d'air dans la buse.

« Avec sept ajutages à vapeur ayant un orifice « d'une demi ligne dediamôlre, correspondant à un (c même nombre de tubes de six lignes de diamètre a et un pied de longueur, on formerait un appareil « qui fournirait abondamment le vent à un fourneau « capable de fondre deux mille livres de fonte de fer « par heure (1). »

Le physicien Pelletan, employa, en 1830, l'injection de la vapeur dans la cheminée, comme moyen d'activer le tirage, sur différentes machines à vapeur, et notamment sur le bateau à vapeur la Ville-de-Sens^ qui faisait le service de la haute Seine.

L'emploi du jet de vapeur dans la cheminée, pouractiverletirage, était doncconnu de temps presque immémorial. George Stephenson eut le mérite de l'appliquer aux locomotives.

Il faut ajouter que ce moyen fut employé, à peu près à la même époque, par le constructeur Hackworth, l'un des concurrents de Stephenson, dans le tournoi de locomotives de Liverpool, le même qui imagina de disposer les cylindres à vapeur non au-dessus de la chaudière, comme on le voit sur les dessins que nous avons donnés de la première locomotive, mais latéralement à cette chaudière, à peu de distance des roues. Bien plus, Hackworth avait établi deux jets de vapeur dans la cheminée, l'un qui provenait de la va-

(1) Guide du mécanicien constructeur de machines l'Komo^ <ii;w,par Lechâtellier, Flachat, PeUct et Polonceau, p. 12.

LOCOMOTIVE ET CHEMINS DE FER

peur sortant des cylindres, Taulre emprunté directement à la chaudière.

dette coïncidence prouve que Temploi du jet de vapeur était dans le domaine public. Seulement, George Stephenson eut, nous le répétons, le très-grand mérite de le vulgariser et de le faire accepter partout.

La belle invention de Marc Séguin n'aurait peut-être porté que très- lentement ses fruits, si TAngleterre, pressée par les besoins de son immense industrie, ne s'en fut emparée, et if eut ainsi rendu son utilité évidente à tous Ils yeux. Les chaudières tubulaires furent adoptées en 1830 par Stephenson, en même temps que le tuyau soufflant ; et ce sont ces deux moyens qui ont surtout contribué à donner à la machine locomotive la puissance e.vlraordinaire et la vitesse (jui la distinguent aujourd'hui.

On voit que George Slephenson composa la locomotive par une suite d'emprunts heureux. A la France, il avait demandé la chaudière tubulaire, qui seule pouvait rendre possible l'emploi d'une machine à vapeur sur les chemins de fer; dans le domaine public, il avait trouvé l'idée du tuyau soufflant^ le seul mode de tirage qui pût rendre très-efficace l'emploi de la chaudière tubulaire; pour le reste des dispositions, il conserva les organes principaux qui figuraient dans le premier modèle connu de locomotive, que Dodd d'une part et Ilackworth de l'autre avaient perfectionné avec quelques avantages. Comme Molière, George Stephenson prenait son bien où il le trouvait.

En disant que George Stephenson composa par une suite d'emprunts heureux, la machine locomotive, nous ne prétendons point diminuer sa gloire, ni porter atteinte à la juste reconnaissance que lui devra la postérité.

George Stephenson n'était, dans sa jeunesse, qu'un simple ouvrier chauffeur; mais sous la veste du chauffeur, il y avait un homme de génie.

^iéen 1781, à Wigan, petit village situé

à quelques lieues de Newcastle-sur-Tyne^ au milieu des mines de houille qui abondent dans cette partie de l'Angleterre, il appartenait à une famille d'ouvriers très-misérables, qui travaillaient, comme mineurs, au fond des houillères de iNcwcaslle.

Fig. 131. — George Stephensou.

A peu près abandonné à lui-même, par suite de l'extrême dénùment de ses parents, l'enfant se fit berger. 11 allait garder dans les champs, les troupeaux que l'on voulait bien lui confier.

Dans ses nuits solitaires, le petit pâtre contemplait avec un ravissement secret, le déplacement des corps célestes. L'admirable régularité de leurs mouvements, éveillait dans sa jeune âme, de confuses aspirations de scienee, un vague désir de connaître l'univers et les forces qui le régissent.

A quatorze ans, George Stephenson échangea son métier de pâtre , contre le métier, plus dur et plus pénible encore, de chauffeur de machine à vapeur dans une usine.

Tout en jetant sous la chaudière ses pelletées do charbon, il s'inquiétait du mécu-

Ml^nVEILLES DE LA SCIENCE,

nîsnu* d'un a|i|iareil aussi puissant, Elant hieiitùl parvemi à en coni prendre tous les organes, il deniîitida et il obtint la faveur de neliovei" la machine, c'est-à-dire de démonter el de reuiunlerlous ses rouages.

Il se (il crmnailre ainsi, dans la contrée, comme l'ouvrier le plus expert et le plus adndt pour réparer les machines à vapeur; ci bîeulôl les usines voisines lui foiiroirent une petite clientèle pour ce genre de travail.

A force de mérite et d'application, il finit par attirer sur lui Fattention de ses chefs; et sans aticimc instruction première , par la seule [Hiiss.ince de son intelligence, il réussit à s'él(»ver, dans la hiérarchie industrielle, à des pc»sîtionsde plus en plus importantes.

S*etant marié, il eut un (Ils, sur lequel se portèrent loules les alîections de son àiue impressionnable.

George Stephenson avait compris, en se heurtant aux mille dif(icnllés d'une carrière si épineuse, comliien lui avait été nuisible le défaut de certaines connaissances scientiG- (jues, qui sont la base de toute carrière industrielle; et pour aplanir à son jeune fils Kobert, les obstacles qui avaient retardé et attristé son chemin^ il passait les nuits à rac» conimoderdes montres, pour payer les leçons qu*il faisait donner ù son fils. Souvent, en se rendant à leur chafitier, au lever du jour, les ouvriers de Tusine voyaient une lumière briller encore dans la petite chambre des deux Stephenson. L'aube matinale surprenait ce père lendreet dévoué, s'occupant encore avec ardeur à son pieux ouvrage.

C'est George Slephenson qui créa le chemin de fer de fjarlîngton à Stockton, et construisil les loconiotives qui servaient au transport de la houille sur cette première voie ferrer. Il adopta, le premier, le 1er malléablr, au lieu de la fonte, pour la confection dts rails. Ingénieur de la compagnie du railwoy de Manchester à Li ver pool, c'est à lui ([ue revient la gloire d'avoir créé, à travers des difficultés sans nombre et des obsta-

cles inouïs, le premier chemin de fera grande

; vitesse, lequel servit ensuite! de modèle pour

lexécutionde tous les autres chemins de fer

de l'Europe,

Fis

Î3?, — Kum-ri :^ir|»llillâOn.

Parvenu, par ses immenses travaux, aux

[MisîUons les [dus élevées du royaume, George Stephenson obtint encore la plus douce des récompenses. Ces leçons qu'il faisait donnera son fils, grâce au travail de ses nuits, avaienl porté tous leurs fruits. Robert Stephenson prit part aux travaux de son père, qui l'associa à ses entreprises.

Cette association devait produire d'excellents résultats. George Stephenson y apportait le tribut de sa longue expérience de praticien, et Robert ses vastes connaissances de théoricien. Robert Stephenson avait participé aux recherches de son père concernant les locomotives, et c'est lui-même qui construisit Tadmirable ioeomolivc la Fusée^ qui obtint le prix au concours de Liverpool.

Robert Stephenson, mort en 1859, fut la premier des ingénieurs des chemins de fer

dansla carrière, légers de ressources, mais animés du vif désir d'apprendre et de perfectionner vos connaissances, vous imposez des sacrifices, pour lire et étudier cet ouvrage, espérant y trouver une instruction spéciale; dans vos jours de tristesse ou de fatigue, aux heures de découragement et d*anxiété, invoquez, pour relever votre âme abattue, le souvenir du misérable mineur, devenu le personnage le plus important de TAngleterre, et ce qui vaut mieux encore, un bienfaiteur de l'humanité. Apprenez, parl'histoire de sa vie, à quoi peuvent conduire, dans la société moderne, l'application obstinée à l'étude et la continuité dans l'accomplissement du devoir. Ayez, en un mot, devant les yeux, comme modèle, comme guide et même comme espérance, le petit berger, le pauvre ouvrier chauffeur de Newcasile-sur- Tyne I

Moins brillante que celle de George Stephenson, la carrière de Séguin n'a pas été moins utile.

Né à Annonay, en 1786, Marc Séguin trouva dans son oncle Montgolfier, l'inventeur des aérostats, le meilleur et le plus dévoué des maîtres. Montgolfier s'attacha à développer ses heureuses dispositions.

Dès l'année 1820, Marc Séguin se distingua dans les constructions civiles, par l'exécution du pont suspendu de Tournon, construction en fil de fer, qui ne coûta que le tiers de ce qu'aurait coûté un pont en pierre. Plus de quatre cents ponts de cette espèce ont été construits, depuis cette époque, en des localités bien différentes. Les ponts en fil de fer inventés par Séguin aîné, sont le moy^n le moins coûteux de traverser les rivières.

En 1823, Marc Séguin, associé avec ses frères et avec le fils de Montgolfier, fit les premières tentatives de navigation à vapeur sur le Rhône. C'est alors qu'il essaya, pour la première fois, sur un bateau à vapeur, sa chaudière tubulaire.

Les frères Séguin avaient obtenu, comme nous l'avons dit, la concession du chemin

de fer de Saint-Etienne à Lyon. Marc Séguin y fit usage de sa chaudière tubulaire, qu'il avait fait breveter en 1828.

Nos bons voisins, les Anglais, qui veulent accaparer à leur profit toute invention et toute gloire, se sont plus d'une fois hasardés à attribuer l'invention des chaudières tubulairesà M. Booth, secrétaire de la compagnie du chemin de fer de Liverpool à Manchester. Cette prétention, qui n'est fondée sur aucune preuve, ne vaut pas la peine d'être réfutée.

On a voulu revendiquer, en France, l'honneur de cette invention capitale pour Charles Dallery, dont nous avons longuement raconté les travaux, dans la Notice sur les bateaux à vapeur, et qui prit en 1803, comme nous l'avons dit, un brevet pour une chaudière tubulaire, destinée aux bateaux à vapeur. Cette chaudière est décrite dans le mémoire de Dallery que la Collection des brevets d'invention expirés se borne à mentionner sous le titre vague de Mobile perfectionné appliqué aux voies de transport.

La chaudière de Charles Dallery ne fut jamais exécutée. Son invention, qui resta ignorée jusque dans ces derniers temps, ne put donc exercer aucune influence sur la découverte de la chaudière des locomotives, munie de tubes à feu.

Il ne faut pas oublier, d'ailleurs, qu'il existe deux espèces de chaudières tubulaîres. Dans l'une, l'eau se trouve placée à l'intérieur des tubes, et le combustible en dehors; dans l'autre, l'eau est placée, au contraire, dans les interstices des tubes, et ces derniers sont traversés par le courant d'air chaud qui arrive du foyer. Les chaudières de la première espèce, qui sont connues en physique sous le nom de chaudières de Perkins^ et dont Tiiivention revient peut-être à Dallery, donnent tout au plus 300 kilogrammes de vapeur par heure. Celles de la seconde espèce ont donné 1200 kilogrammes de vapeur, ce qui a permis de réaliser immédiatement des vitesses de dix lieues à l'heure.

LOCOMOTIVE ET CHEMINS DE FER

Marc Séguin, en mettant le foyer là où Ton avait songé à placer le liquide, et l'eau à l'endroit où devait se trouver le combustible, a donc le premier résolu le problème pratique dont dépendaient l'existence et la possibilité des locomotives à grande vitesse. Il n'a jamais réclamé l'invention des chaudières tubulaires en général, puisqu'elles étaient déjà connues et désignées, en physique, comme

Fig 134. — Marc Séguin.

nous venons de le dire, sous le nom de chaudières de Perkins, mais il les a transformées de manière à leur donner une puissance inouïe. Ce serait porter atteinte à Tune de nos gl'^îres nationales, que de disputer au vénérable doyen de l'industrie française, l'invention de la véritable chaudière tubulaire,de la chaudière dite à tubes à feu.

L'exécution du chemin de fer de Saint- Etienne présentait de grandes difficultés. Séguin ne recula pas devant les travaux que nécessitait le tracé de ce chemin, qui fut considéré comme défectueux par beaucoup d'ingénieurs de cette époque, mais qui excita

toute l'admiration des deux Stephenson.

En 1842, M. Séguin fut nommé correspondant de la section de mécanique de l'Académie des sciences de Paris. Riche, entouré d'une belle et nombreuse famille, il vit aujourd'hui dans sa retraite d'Annonay, où, malgré ses quatre-vingts ans, il étudie avec ardeur une nouvelle machine qui fonctionnerait toujours avec la même vapeur, à laquelle on restituerait, à chaque coup de piston, la chaleur dépensée pour produire son effet mécanique. En d'autres termes il étudie cette ma^ chine à vapeur régénérée dont nous avons parlé dans le dernier chapitre de la Notice sur les machines à vapeur.