CLASSIFICATION DES LOCOMOTIVES

Depuis 1830, rien n'a été changé aux principes de construction des locomotives. Toutes les machines en usage aujourd'hui sur les chemins de fer, présentent l'ensemble général des dispositions que nous venons de décrire. Aujourd'hui, comme il y a trente ans, la chaudière est tubulaire, et le tirage est produit par le tuyau soufflant. Toutefois, les locomotives diffèrent entre elles, soit par des dispositions spéciales, soit par l'agencement des diverses parties dont elles sont composées, soit enfin par les dimensions de ces parties.

Les perfectionnements que les locomotives

ont subis, par suite de l'immense déTeloppcment des chemins de fer dans les deux continents, ont porté principalement sur Faugmentation de leur vitesse et de leur puissance. C'est ainsi que l'on a été conduit à créer plusieurs systèmes de locomotives appropriés à des usages différents, et s'éloignant plus ou moins, par la forme extérieure, de celle que représente la figure 154 (page 318). Nous décrirons brièvement les plus importants de ces systèmes, ceux qui constituent des types originaux et bien tranchés.

Les locomotives actuelles présentent, si on les compare aux types primitifs de 1830, un accroissement considérable de puissance, sans parler de l'incomparable supériorité de leurs détails d'exécution.

Dans la première locomotive à grande vitesse, de Stephenson, c'est-à-dire dans la Fusée, la surface de chauffe de la chaudière était de 11 mètres. Vers 1835, on porta cette surface à 40 ou 45 mètres carrés. Elle s'éleva, en 1845, à 70 mètres, et atteignit, en 1850, jusqu'à 100 et 130 mètres. Enfin, en 1855, on a pu, dans un autre système, atteindre le chiffre énorme de 200 mètres carrés de surface offerte à l'action du feu.

Dans le même intervalle de trente ans, la pression de la vapeur a été portée de trois i sept, à huit et jusqu'à dix atmosphères. Le poids de l'eau évaporée par heure, s'est élevé de 450 à 5000 et même jusqu'à 8000 kilogrammes. Le poids du combustible brûlé pour transporter une charge de 1 tonne à la distance de 1 kilomètre, est descendu, au contraire, de 450 grammes à 30 ou 80 grammes, selon le genre d emachines qu'on emploie, ce qui constit ue une économie qui varie des quatre cinquièmes aux quatorze quinzièmes du combustible. Le rendement de ces machines a donc augmenté dans une proportion énorme.

Le poids des locomotives, et par conséquent leur adhérence sur les rails et leur effort de traction, a subi une progression tout aussi rapide. La Fusée de Robert Stcphen-

LOCOMOTIVE ET CHEMINS DE FER

son, locomotive à quatre roues, ne pesait qu'un peu plus de 4 tonnes. Les premières locomotives construites de 1830 à 1835, pesaient 6 à7 tonnes. En 1835, les locomotives pesaient déjà 12 à 13 tonnes, avec six roues. En 1845, elles pesaient 30 tonnes; en 1850, toujours avec six roues, 36 tonnes. Enfin, les locomotives du système Engerth, qui développent une puissance de traction très-considérable, ont atteint, en 1855, le poids énorme de 55 à 65 tonnes.

En même temps, la charge brute traînée sur un chemin dont la pente ne dépasse pas 5 millimètres, s'est élevée progressivement, de 40 à 100, à 200,'à 300 et jusqu'à 700 tonnes!

La vitesse des locomotives, au début, n'était que de 25 kilomètres à Fheure, pour la Fusée de Stephenson. En 1834, la locomotive Fire-Fly parcourait 43 kilomètres à rheure. Depuis 1855, la vitesse de ces machines varie, suivant leur destination, de 25 à 100 kilomètres à Fheure.

Ces chiffres témoignent d'un progrès considérable. Ajoutons que, tout en augmentant la puissance des locomotives, on en a réduit considérablement les frais d'entretien, et diminué la consommation de combustible. On peut admettre que les machines construites depuis une dizaine d'années, fournissent un parcours total de moitié plus grand que celui des anciennes machines, avant d'exiger des réparations essentielles. Les pièces sont mieux ajustées et mieux proportionnées. La fonte a été remplacée par le fer, lé fer remplacé par l'acier corroyé, fondu ou puddlé. La puissance de vaporisation des machines s'est accrue, non-seulement par l'augmentation de la surface de chauffe, mais encore par l'emploi d'une meilleure qualité de combustible. On a, enfin, augmenté notablement la vitesse des locomotives, par les changements apportés à la construction des roues.

Le nombre des roues des locomotives, est de quatre, de six, ou de huit. Dans les ma-

chines employées actuellement, il est, en gé^ néral, de six. Pour augmenter la vitesse des locomotives destinées à remorquer les trains de voyageurs, on donne un grand diamètre aux roues placées sur l'essieu moteur, et des diamètres plus petits aux autres roues.

On comprend facilement que cet accroissement du diamètre des roues motrices, doive augmenter la vitesse de marche.Eneffet, le chemin parcouru dans un temps donné, est égal au développement de la circonférence des roues motrices, multiplié par le nombre de tours que les roues ont fait dans le même temps. Pour accélérer la marche, il iaut donc augmenter, soit le nombre des coups de piston de la machine à vapeur, soit le diamètre des roues. Mais les pistons de la machine à vapeur ne peuvent pas dépasser un certain nombre d'oscillations par minute sans qu'il en résulte une perte dans l'effet utile de la vapeur et une usure rapide des surfaces frottantes. 11 ne reste donc, pour accélérer la vitesse, d'autre moyen que d'augmenter les dimensions des roues motrices.

On ne pouvait augmenter les dimensions des roues motrices sans changer ces roues de place. En effet, comme la chaudière repose sur les essieux de ces roues, quand on augmente leur diamètre, on porte nécessairement la chaudière plus haut. Or, on ne peut dépasser une certaine élévation de la chaudière, sans compromettre l'équilibre et la stabilité du véhicule sur les rails.

En 1 848, on avait atteint les limites extrêmes d'élévation, et il paraissait impossible d'aller plus loin. On ne voyait donc aucun moyen d'augmenter davantage la vitesse imprimée aux convois des chemins de fer. C'est alors qu'une inspiration heureuse, venue à un ingénieur anglais, M. Crampton, permit de surmonter la difficulté.

M. Crampton eut l'idée de placer les roues motrices, non plus au-dessous, mais à l'arrière de la chaudière. Dès lors, les roues motrices n'étaient plus limitées dans leur dé-

Tekippemenl, et ou put kur dooaer les gnindei dimensions quelle» offrent aujourd'hui, sans porter plus haut la chaudière.

Il est juste de rappeler, à propos de la locomotive Crampton, que le chemin de fer du Nord a eu le mérite de l'adopter le premier. En 1848, Tache vement des embranchements du littoral, en imprimant une accélération nouvelle aux communications avec l'Angleterre, nécessitait rétablissement de trains expresSj réclamés d'ailleurs par l'administration des postes. La compagnie du chemin de fer du Nord n'hésita pas, pour satisfaire à cette nécessité, à créer un matériel de traction spécial, et à remanier en entier le matériel qu'elle possédait alors. Elle commanda, sur les plans de M. Crampton, que personne n'avait encore adoptés pour un service régulier, des locomotives à grande vitesse. Le succès de ces locomotives, établies sur la ligne de Calais, détermina bientôt une accélération générale de la marche des voyageurs. C'est, en eP et, de l'introduction de ces ma-

chines sur le chemin de fer du Xunl que date, en France, rétablisKmeni des irnius express, qui parcourent les grandes dwtoiices de nos lignes de chemins de fer, et qui permettront bientôt, aux voyagears parlant de Paris en été, d'atteindre, entre le lever et le coucher du soleil, les points les plus reculés des frontières de la France.

Dès 1852, les locomotives Crampton étaient en usage sur les chemins de fer du Nord et de l'Est. Elles fournissent des vitesses normales de 60 à 80 kilomètres par heure, et qui peuvent atteindre 100 kilomètres.

Leur vitesse varie nécessairement, d^ailleurs, avec la charge. Une locomotive qui peut remorquer une file de quinze wagons, avec une vitesse régulière de 50 kilomètres, ne peut, dans les mêmes circonstances, traîner plus de huit ou neuf wagons, quand sa vitesse atteint le maximum de 100 kilomètres à l'heure.

Dans la locomotive Crampton, les roues motrices sont, comme on vient de le dire, placées à l'arrière, et leur diamètre varie de 1*,68 à 2*,30. On en construit même en Angleterre d'un diamètre de 2* ,60.

La figure 156 (page 321) représente une des locomotives Crampton , ou à grande vitesse.

Cette machine se distingue par une grande stabilité, qui tient à l'abaissement du centre de gravité général, et à l'écartement des essieux ; — par une haute puissance de vaporisation (la surface de chauffe de la chaudière est de plus de 100 mètres carirés); — enfin par une grande facilité de surveillance pendant la marche.

Mais il ne fautpascroire que ce soitlàleseul type de locomotives à grande vitesse. On peut citer, parmi les types destinés au même usage, les locomotives Buddicom, remarquables par leur légèreté et la simplicité de leur construction, qui font le service des trains de voyageurs au chemin de fer de Rouen; — les locomotives Polonceau, construites pour

les trains express de la ligne d'Orléans; — les machines anglaises de Mac Connell ; — les machines du système Sturrock, etc.

Dans quelques-uns de ces types, les roues motrices sont intermédiaires entre les autres, c'est-à-dire qu'elles soutiennent la chaudière sans être placées, comme dans la locomotive Crampton, à l'arrière.

Après les locomotives réalisant les grandes vitesses, on distingue celles qui sont destinées à traîner, à des vitesses médiocres ou petites, des chargements très-considérables, et à remonter, au besoin, des pentes très-inclinées, en traînant de lourds convois. Ce sont les locomotives dites à petite vitesse, affectées au transport des marchandises.

Une grande vitesse n'est pas, en effet, la seule condition à laquelle doive satisfaire un chemin de fer. Le transport des marchandises est, pour ces exploitations, un élément de trafic plus important encore que celui des voyageurs. Or, ce service exige des locomotives d'une construction spéciale, c'est-à-dire assez puissantes pour traîner à elles seules, les nombreux wagons que l'on rassemble dans un convoi, très-considérable par sa longueur et son poids, afin de ne pas multiplier les trains, ce qui nuirait à la sécurité et à la facilité de la circulation sur la ligne.

Les locomotives à marchandises doivent donc réunir des qualités toutes particulières de puissance, pour développer, à une faible vitesse, un très-grand effort, et pour faire remonter les pentes à des convois pesamment chargés.

Sur le chemin de fer de Vienne à Trieste, le long de la montagne de Sômmering, il existe des pentes d'une inclinaison très-forte qu'il a été impossible d'éviter. Ce chemin de fer offre, en effet, une pente continue de 28 millimètres par mètre, et forme un lacet trè»-?inueux, dont le rayon de courbure descend fréquemment à 180 mètres. Avec le système de locomotives employé jusqu'en 1880, on ne pouvait parvenir à faire surmonter ces

rampes par les convois de marchandises pesamment chargés. C'est pour parer à cette grave difficulté que le gouvernement autrichien ouvrit, en 1851, un concours pour la construction des locomotives à petite vitesse, pouvant remonter des pentes avec des convois très-pesants, et sur une voie offrant des courbes d'un assez petit rayon.

Le prix fut remporté par la Bavaria, locomotive construite à Munich, dans les ateliers de Maffei.

La modification apportée par le constructeur bavarois aux dispositions de la locomotive ordinaire, consistait à réunir la locomotive proprement dite avec le tender. Des chaînes sans fin, partant de l'essieu des roues de la locomotive, venaient agir sur un système de roues dentées, fixées sur l'un des essieux du tender. De cette manière, le tender, faisant corps avec la locomotive, deux de ses roues participent à la traction, et le tender ajoute une partie de son poids à celui de la machine, .pour augmenter l'adhérence sur les rails, renforcer ainsi le point d'appui de la puissance de la vapeur, et parieonséqoent, accrottre.de beaucoup l'énergie Iqtak de l'action motijoei de l'appareil; > , >

Bien qu'il eût obtenu le prix' au concours ouvert par le gouvernement autrichien, le système adopté sur la Bavaria^ ne répondait pas complètement aux conditions requises pour les locomotives à petite vitesse. On employait, pour ce mécanisme, les chaînes sans fin dont on avait fait usage à l'époque de la création des premières locomotives, avant la découverte des chaudières tubulaires. Mais les inconvénients qui étaient résultés, à cette époque, de l'emploi des chaînes, ne manquèrent pas de se reproduire. Ces chaînes se brisaient par les brusques variations dans l'intensité de la force motrice, ou dans la résistance à surmonter. Cette circonstance rendait très-difficile l'emploi des locomotives de Maffei.

Ce n'est qu'en 1853 que l'important pro-

MERVEILLES D E LA SCIENCE

blêiiic <le la construction des locomotive» à petite vitesse, Tiit résolu par l'ingcnicnr tngcrth, conseiller technique à la direcUon générale des chemin» de fer autrichiens, qui a oio.lifiê d'une manière três-hcureuse le sys- ^ lème de MalTei. M. Engerth construisit les locomotives qui portent son nom, et qui sont, aujourd'hui employées sur la plupart des chcminsdefer.pourlatraclioudesmaicbaodiscs. ,

Va,..

/îg. 158. — Eageitii, ingésieof autricMeo.

Dans la machine EngerCh^ le tende r, avonsnous djtj lait corps avec la locomotive et so trouve porté par le nièoie couplage de roues: c'est une machine imder. Une partie de la chaudière vient reposer sorte lender,en portant sur Tessieu de ses premières roues» La locomotive, ou la machine proprement dite, repose sur quatre paires de roues. Trois sont couplées entre elles, c'est-à-dire reçoivent par des bielles le mouvement imprimé à Tune des roues par le piston des cylindres à vapeur; elles agissent donc, à leur tour, comme roues niotrices pour opérer la traction. La première paire de roues du tender reçoit également un

mouvement de rotation, qui lai est commanîqué par la dernière roue de la locomotive. C'est au moyen de roues dentées, placée audessous de la chaudière, que s eiécute ce ren- Toi de mouvement, qui fait ainsi concourir une partie du tenderà radhérence de tout le système.

D'après une disposition empruntée aax lo* comotives américaines, le tender est pourvu d'ua système d'articulation, d'une sorte de cheville ouvrière, analogue à celle qui sert à rendre mobile Favant-lrain de nos voitures. Cette articula lion a pour résultat de permettre à la machine de se mouvoir indépendamment du tender, de pouvoir ainsi se plier jusqu'à un certain point aui sinuosités de la voie ferrée, et de pouvoir tourner avec les plus lourds convois, dans des courbes d'un médiocre rayon,

La puissance énorme de traction propre au syslèine de machines qui vient d'être décrit, tient au poids total de la machine, qui augmente Fadhérence sur les rails, multiplie les points d appui et permet d'appliquer une grande puissance de vapeur.

Apres les détails qui précèdent sur les différents systèmes de locomotive, il sera facile de comprendre la livision, ou la classiGcatîon, que l'on peut établir entre les diverses locomotives qui sont employées dans les lignes ferrées, selon les différentes nécessités du service.

Les locomotives peuvent se diviser en trois classes, selon la forme et la nature de leur service : les machines à grande vitesse ou machines à voyageurs; — les machines à peinte vitesse ou machines à marchandises^ — et les machines mixtes.

Les locomotives d voyageurs marchent avec une vitesse moyenne de 43 kilomètres à l'heure, non compris les temps d'arrêt. Les locomotives à marchandises marchent seulement à la vitesse moyenne de 25 kilomètres à l'heure; mais elles remorquent des convois très-coûsidé râbles. Sur des chemins d'une

LOCOMOTIVE ET CHEMINS DE FER

pente faible et moyennement accidentés, elles peuvent, en effet, traîner jusqu'à cinquante wagons chargés de 10 tonnes de marchandises ; ce qui revient, avec le poids de la machine, à 700 ou 720. Sur les chemins de niveau, le poids remorqué pourrait s'élever jusqu'à 1 ,500 tonnes. Enfin, les locomotives mixtes^ consacrées à remorquer les trains mixtes et omnibus, c'est-à-dire ceux qui s'arrêtent à toutes les stations et peuvent traîner à la fois des voyageurs et des marchandises, doivent réaliser, en moyenne, la vitesse de 35 kilomètres à l'heure.

Les locomotives à voyageurs^ que l'on construit souvent aujourd'hui dans le système Crampton, sont montées sur six roues, la roue motrice se trouvant placée à l'arrière. Destinées à réaliser de grandes vitesses, elles se reconnaissent à leurs formes svelteset élancées, qui rappellent celles du cheval de course. Au contraire, les machines à marchandises, destinées seulement à développer une grande puissance de traction, rappellent les caractères du cheval de trait : elles sont basses et comme ramassées ; elles sont traînées par de petites roues, pour développer un effort puissant, plutôt que pour courir avec vitesse.

Dans les locomotives à • marchandises y les roues sont, en général, presque toutes égales et couplées^ c'est-à-dire liées l'une à l'autre, au moyen d'une tige de fer, pour se communiquer réciproquement leur mouvement de rotation. Le nombre de ces roues est de six à huit; mais il est quelquefois de douze.

Les machines Engerth sont consacrées au service des marchandises, sur les chemins de fer autrichiens, et en France sur le chemin de fer du Nord. Cependant leur emploi devient de jour en jour, plus restreint. Ces masses énormes sont difficiles à manœuvrer dans une exploitation très-active.

Quant rtux locomotives mixtes^ elles participent, dans une proportion variable, des

deux machines précédentes; elles inclinent vers l'un ou l'autre de ces types, selon les circonstances et les effets à produire. Elles sont ordinairement portées sur six roues, dont quatre, c'est-à-dire les plus grandes, sont couplées.

Les machines mixtes sont aujourd'hui préférées en France pour le service des marchandises comme pour celui des voyageurs à petite vitesse.

La figure 159 (page 328) représente la locomotive mixte la plus généralement employée sur les chemins de fer français. On voit qu'elle participe du système Engerth en ce que le tender porte sur partie de la chaudière et s'avance de manière à ajouter son poids à celui de la locomotive pour augmenter ladhérence, et que quatre roues sont couplées.