CHAPITRE III

Machines stationnaires.

L’inverse du cas que nous venons d’examiner, c’est celui où toute la marchandise doit être remontée sur des pentes rapides qui exigent l’effort d’un grand nom-

bre de chevaux. Dans ce cas , la résistance se compose , 1° du frottement des waggons et de leur charge ; 2° de la partie de leur poids décomposé suivant la pente à gravir; 3° de la portion du poids du moteur décomposée suivant cette même pente. L’influence de celte dernière cause de réduction dans l’effet utile du moteur peut être sensiblement modifiée en appliquant , à la remorque des chariots sur les plans inclinés , une machine à vapeur fixe que Ton place au sommet du plan , et qui transmet sa force jusqu’aux chariots au moyen d’un câble roulant sur un tambour. Une fois les chariots chargés arrivés au sommet , on accroche au câble les chariots vides qui retournent vers le point où s’effectue le chargement , et ceux-ci , étant lancés sur la pente, entraînent le câble que la machine déroule après eux , en modérant leur vitesse de descente. De cette manière, le moteur, se trouvant concentré sur un seul point, peut employer utilement la portion de force perdue autrefois à son ascension. Il est vrai que , dans ce nouveau mode d’opérer, il doit vaincre la résistance additionnelle produite par le frottement du câble sur les rouleaux qui le soutiennent, comme dans les plans automoteurs. Mais , d’un autre côté, le nombre d’hommes nécessaires pour opérer le service se trouve considérablement réduit , et , si l’on se trouve dans un pays voisin de mines de houille, on obtient une économie immense par l’emploi d’un combustible à vil prix. Aussi cette nouvelle application de la machine à vapeur aux chemins de fer fut-elle adoptée rapidement dans les environs de Newcastle, où elle fut

introduite en 1808. C’est ce système de remorque que l’on désigne sous le nom de système des machines fixes ou des machines stationnaires.

11 n’est pas besoin de présenter ici une description des machines à vapeur employées à ce travail ; car tout système de machines à vapeur semblables à celles des ateliers ordinaires , peut être employé pour enrouler autour d’un tambour le câble qui remorque les chariots. Ce câble est supporté sur des poulies ou des rouleaux de la même nature que ceux que nous avons décrits plus haut. Il est généralement un peu plus faible que sur les plans automoteurs: car il fatigue moins, n'étant pas tendu continûment, comme dans l’autre cas, par deux poids qui exercent un effort puissant sur la poulie placée au sommet, et produisent à ce .point un frottement considérable. La grosseur du câble varie suivant la charge qu’il doit entraîner, et conséquemment suivant la rapidité du plan incliné. Voici quelques dimensions prises sur des plans inclinés en Angleterre :

Pente de 0.05 par mètre. — Câble de sept pouces anglais 1/2 de circonférence, pesant 3 k. 75 par mètre.

Pente de 0.025 par mètre. — Câble de cinq pouces anglais de circonférence pesant 1 k. 85 Cente de 0.013 par mètre. — Câble de 4 p.

et demi de circonférence , pesant. . . 1 k. 40

La résistance occasionnée par le frottement du câble contre Je tambour et sur les poulies qui le supportent, est un peu moindre que sur les plans automoteurs.

M. Wood ne fait pas cette différence, et évalue en moyenne la résistance occasionnée par le câble à ÿj de son poids,

qu’il soit sur un plan automoteur, ou manœuvré par une machine ; mais d’après les observations que j’ai présentées plus haut, pour être sûr d’un service régulier, il vaut mieux se tenir au-dessous de cette limite , et il con-

vient d’évaluer à - du poids la résistance du câble sur

les plans manœuvrés par des machines stationnaires.

Ce système a été étendu jusqu’à des longueurs de 5,000 mètres par un seul câble ; on en voit un exemple sur le chemin d’Hetton près de Sunderland. Cette longueur semble un maximum qu’on ne peut guère tenter de dépasser ; car déjà alors la valeur de la résistance du câble sur un plan incliné de 0.013 par mètre, s’élève

à ou à 330 kil., ce qui présente l’équivalent de la

résistance produite par cinq chariots chargés montant sur ce plan incliné. Sur des pentes plus sensibles le câble devant être plus fort, il s’ensuit que la longueur du relais doit être moindre , et ne doit guère aller à plus de 12 ou 1,500 mètres. Celte dernière méthode a deux avantages, même lorsque la pente permet d’établir des relais de 3,000 mètres ; l’un est de faciliter les communications par signaux d’une extrimété à l’autre du relais, pour indiquer le moment où la machine doit être mise en action ; l’autre est de présenter sur la distance totale de 3,000 mètres un point intermédiaire pour y diriger les chemins ruraux qui peuvent traverser la voie du chemin de fer.

DE CHEMUXS DE FER

Car, lorsqu’on laisse ces chemins croiser la voie sur la longueur où doit s'étendre le câble , il devient nécessaire de faire passer celui-ci dans des rainures pratiquées dans le sol, en le couvrant d’une trappe mobile qu’un homme a soin de lever, quand le câble doit en sortir ou s’y placer. Cette opération entraîne des frais de plus, et surtout beaucoup de chances d’accident pour les voilures qui traversent le chemin de fer.

Les chariots remontés par la machine sont tirés directement vers le tambour de rotation où s’enroule le câble. 11 importe qu’ils puissent être détachés promptement et facilement lorsqu’ils sont arrivés au sommet; sans quoi ils seraient entraînés sous le tambour , qu’ils briseraient en se brisant eux-mèmes. Cet objet est rempli par une espèce de pince en fer {fig. 11) qui se fixe au premier waggon , et avec laquelle l’homme , placé à l’avant de ce chariot , saisit le câble au moment du départ. Tant qu’il tient la pince fermée par la pression de sa main, le câble reste accroché; dès qu’il arrive au sommet, sur la partie plate, il lâche prise, le câble s’en va seul, et les chariots, entraînés simplement par la vitesse acquise, suivent sans difficulté le prolongement de la voie qui passe à côté du tambour.

Il peut arriver aussi que dans la montée le câble se rompe si sa tension est trop forte ; alors les chariots seraient emportés rapidement par un mouvement rétrograde, leur vitesse s’accélérerait d’une manière effrayante par l’effet de la pente , et de là pourraient résulter les plus graves accidents.Pour parer à ce danger, on accroche

au dernier waggon du convoi montant une pièce de fer qui porte deux longues tiges traînantes sur le sol. Si le câble se rompt, les chariots commencent à prendre un mouvement rétrograde, ce qui se fait toujours lentement, et après l’épuisement de la vitesse acquise dans le sens ascensionnel , mais alors les pointes des tiges traînantes se fixent en terre , et le convoi se trouve arrêté de luimême sur le plan incliné.

On n’a trouvé jusqu’ici aucun moyen économique pour empêcher les accidents quand le câble rompt à la descente. Delà résulte la nécessité de surveiller attentivement l’état du câble, et de ne pas chercher à trop réduire son diamètre pour diminuer le frottement qu’il produit dans son mouvement : car un seul accident peut coûter plus de trois à quatre mille francs. Ce câble rompu se répare du reste au moyen d’apouces comme les câbles des mines.

Ordinairement les machines stationnaires tirent les chariots chargés en haut de la pente, et redescendent les chariots vides ; mais elles peuvent de même être appliquées à modérer la descente des chariots chargés, en retardant l’accélération de leur vitesse par la résistance du câble déroulé avec plus ou moins «le rapidité. Si donc, dans le tracé d’un chemin de fer, il se rencontre une hauteur à deux versants opposés , au lieu de la percer par un souterrain, on pourra placer au sommet une machine stationnaire qui descendra d’un côté les chariots qu’elle aura remontés de l’autre, et réciproquement. Si même le transport est considérable, on pourra, en sup-

posant la machine d’une force suffisante, re'parlir son effort entre deux tambours correspondant chacun à un versant, de sorte qu’au même instant elle pourra remonter un convoi et en descendre un autre. Il suffit, pour cela, d’un double engrenage communiquant à l’arbre du volant.

D’aprèscequenousvcnonsdedire, on voit quele service des machines stationnaires est généralement susceptible d’être entravé par des accidents de rupture de câble, par des retards dans les signaux, et la perte de temps qui en résulte. Si la machine d’un relais se dérange, tout le service du chemin de fer se trouve arrêté sur ce point. Enfin, quand celte machine ne se dérangerait pas, une irrégularité dans le service, par exemple, dan$ le retour des waggons, peut empêcher le retour du câble à la station inférieure, et réciproquement. De là on doit conclure que l’emploi des machines fixes doit être regardé comme utile pour franchir des pentes rapides , mais qu’il vaut encore mieux tâcher de régler le tracé du chemin, de manière à éviter l’inconvénient de ces pentes et d’un motenr gênant pour le service. Surtout, on doit observer qu’il serait très-difficile de supposer une ligne de quelque étendue, desservie par des relais de machines semblables, échelonnées de plan incliné en plan incliné.

Les frais de traction des machines stationnaires se composent de l’intérêt du capital de premier établissement, plus de leur dépense d’entretien. La force de la machine nécessaire pour un relais de longueur donnée se calcule d’après la longueur de ce relais, ou la distance

à laquelle elle devra tirer les convois , et le nombre de waggons pleins ou vides dont ces convois sont formés.

Pour prendre un exemple, nous supposerons ; 1° que le relais soit de 5,000 mètres sur 15 millimètres de pente; 2° que le transport journalier soit de 600 tonneaux ou 600,000 kilogrammes en remonte, les chariots descendant vides, ce qui est le cas le plus avantageux pour la substitution des machines fixes aux chevaux ; 5° que la vitesse des chariots sera de 5 mètres par seconde. D’après cette donnée , les convois parcourront les 5,000 mètres en lu minutes. Avec le temps nécessaire pour les changements de voie et la communication des signaux, nous compterons 20 minutes; de sorte qu’en 12 heures la machine fera faire au câble 18 remontes et 18 descentes. Comme on ne peut guère supposer que le travail dure plus de 12 heures continuellement, on voit que si l’on réduisait la vitesse du transport , il faudrait établir deux machines au lieu d’une pour le service que nous avons supposé. II faudrait conséquemment doubler la voie et le nombre des poulies.

Les 600 tonneaux représentent 200 chariots à 5 tonnes

l’un. Chaque convoi devra donc être composé de ^ ou de 11 waggons.

La résistance de ce convoi sera comme il suit :

Frottement de 1 1 waggons chargés 11 X 4 t. 0.005 = 220 kit. Poids décomposé suivant la pente : Il X 4t. X 0.015= 660

880 kit.

Pour une résistance semblable , il faudra , d’après les exemples pris en Angleterre, un câble de 4 pouces et demi de circonférence, pesant l k . 4 par mètre. Son poids pour 3,000 mètres sera donc de 4,200 kil., dont onpren-

dra le ^ P our I e frottement sur les poulies, ou 530 kil.

Résistance du câble 350

Pour la décomposition du poids du câble

Résistance totale .... 413

Résistance provenant des chariots 880

— du câble 415.5

Un cheval de vapeur représentant 75 kil. élevés à 1 mètre par seconde = 23 kil. à 3 mètres par seconde,

notre vitesse étant de 5 mètres par seconde, — ^ sera

le nombre de chevaux que devra représenter la machine. Elle devra donc être de 52 chevaux, comptons 55 pour ne pas être en erreur.

Prix (T établissement d’une machine stationnaire

de 35 chevaux.

Machine , telle que celles d’Angleterre , à 800 fr

par cheval fr. 44,000

Tambour et engrenages, i 5,000

Maison et cheminée de la machine 18,000

Réservoir et maison du machiniste 6.000

450 poulies à 15 fr. l’une mises en place. . . . 6,750

Total 79,750

Frais du service d’une machine stationnaire de l)i> chevaux.

Par jour, en comptant 300 jours de travail régulier.

Intérêt de 79.750 fr. à 6 p. c., 4,875 . . . fr. 15 Ü5 c.

Réparation et entretien de la machine y compris chaudière, barreaux, chanvre, graisse,

à 25 fr. par cheval, 1.375 4 58

Charbon pour les machines, 8 kil. par heure et par cheval ; 8X 12 =96, 96x55= 5280 k.

à 40 c. les 100 kil., prix du voisinage des

mines $1 12

Un machiniste à 4 fr. ■ 4

Un chauffeur à 2 fr. . . '

Usure des poulies, 200 fr. par au 0 66

Huile pour les poulies, 300 fr 1

Homme pour graisser 2

Quatre hommes pour conduire les convois et

les mettre en place, à 2 fr. l’un 8

Un câble de 4200 kil. coûtera 1 fr. le k. (vente du vieux câble déduit), soit. . . 4200 fr.

Intérêt à 6 p. 100 . . 252 0 84

En supposant la ligne suffisamment développée, l’usure du câble est estimée , en Angleterre,

1 cent, par tonne transportée, et par mille anglais de 1609 mètres ; ici la distance totale est 5,000 mètres. L’usure journalière sera donc environ 2 cent, par tonne , soit 12 fr. pour 600 tonnes. • 12

Total fr. 72 15 c.

Pour 72 fr. lîî on fera donc le service des 600 tonneaux sur 500 mètres, ce qui revient à 0 r .04 par kil. et par tonne.

Supposons que cette remonte eût été faite par les

chevaux , chaque chariot chargé offrant une résistance =4x20 = 100 kil., et un cheval ne représentant qu’un effort de 00 kil. à son pas ordinaire, il eût fallu au moins 3 chevaux pour 2 chariots chargés; encore auraient-ils eu un travail très-pénible. Ces trois chevaux auraient fait cinq voyages en remonte , cinq en descente , total dix , et ■auraient conduit 10 chariots chargés. Pour

les 200 chariots, il eût donc fallu ^ X 200 = 00 chevaux , dont la dépense aurait été 15 X 00 =500 fr.

La descente des waggons vides eût été opérée par des hommes, mais un seul eût pu ramener plusieurs chevaux, et la pente n’étant pas forte, un autre aurait ramené une vingtaine et plus de waggons vides. On ne comptera donc rien pour la descente que nous avons prise en considération dans le compte du plan automoteur, parce qu’alors il s’agissait de la descente de chariots chargés sur une pente fort rapide.

La dépense par les chevaux serait donc égale à 500 fr. pour 000 tonnes, portées à 5,000 mètres, ce qui donne par kil. et par tonne 0 fr. 10,60. Avec les machines la dépense se borne à 0 fr. 04. Ainsi la dépense avec les chevaux est quadruple de la dépense avec les machines. Mais la proportion serait différente si la quantité du tonnage était variable , et se réduisait souvent à moitié.

Tel est l’usage ordinaire des machines stationnaires sur les chemins de fer. Mais on a été plus loin : on a prétendu qu’il serait avantageux d’appliquer à des parti.

ties de chemin de fer sensiblement horizontales, le même système de machines stationnaires tirant à de grandes distances. Dans les essais faits à cet égard, on a combiné le service des machines fixes, de manière qu’il se trouvât toujours un câble prêt à entraîner les chariots qui ne peuvent plus se mouvoir ici dans un sens ou dans l’autre par l’action de la pente seule. Cette disposition demande quelques explications pour être bien comprise.

Aux deux extrémités À et B de chaque relais , on place une machine stationnaire armée d’un tambour de rotation , qui porte un câble d’une longueur égale à celle durelais. Maintenant, supposons un de ces câbles déroulé et étendu sur toute la ligne de B en A, par exemple, et un convoi prêt à partir en A. On accroche le câble déroulé à l’avant de ce convoi, et à l’arrière on accroche l’autre câble encore enroulé sur le tambour delà machine A. Fuis la machine B tire le convoi en enroulant le câble étendu, et la machine A déroule le câble que portait son tambour et qui suit le mouvement progressif du convoi : de sorte que, quand celui-ci est arrivé en B, le premier câble se trouve enroulé et le second étendu. Alors on détache le convoi , et , s’il y en a un prêt à partir en B, on attache à son avant l’extrémité du second câble, et à son arrière celle du premier. Puis la machine A le tire et la machine B développe successivement le premier câble qui suit le deuxième convoi, et qui se trouve étendu pour un troisième convoi partant de A. C’est cette manière d’opérer que l’on a désignée sous le nom de système réciproque.

DE CHEMINS DE FER. 11 S

Pour évaluer les frais d’un semblable système, supposons que l’on ait à transporter sur une distance horizontale de 3,000 mètres 900 tonneaux par jour, qui iront dans un seul sens , les chariots revenant vides : ces 900 tonneaux représenteront 300 chariots à 5 tonneaux pour chacun d’eux. Si l’on employait des chevaux , on devrait les diviser par couples de deux, et leur donner habituellement 3 chariots chargés à conduire par deux chevaux, ensuite ces chevaux reviendraient avec les mêmes chariots vides. Un cheval faisant sous le collier environ 3,000 mètres dans sa journée , on peut supposer qu’il fera 12 voyages ou 36 kilomètres, n’étant que peu chargé pendant la moitié du trajet. Ainsi les deux chevaux feront 6 voyages avec 3 chariots chargés et 6 avec 3 chariots vides , ce qui fera en tout 30 waggons chargés et 30 vides. Pour opérer le mouvement entier , il faudra

donc yq couples de chevaux ou 20 chevaux , lesquels à 3 fr. l’un, coûteront 100 fr., ce qui élèverait les frais de transport à 5 centimes 70 par kilomètre et par tonne. A ce chiffre de 100 fr. on doit même ajouter 3 fr. pour les frais d’engravement de la voie destinée au parcours des chevaux , ce qui portera le prix de transport à 3 c. 81 par kilomètre et par tonne.

Maintenant, si l’on place des machines stationnaires à chaque extrémité de la ligne , elles auront à vaincre des résistances différentes , puisque l’une aura à tirer les chariots vides et l’autre les chariot? pleins. De plus on doit observer, comme dans l'exemple précédent , que les machines doivent avoir une vitesse de mouvement plus

116 MASUEL DU CONSTRUCTEUR

considérable que celle des chevaux , pour donner leur maximum d'effet, et ainsi il conviendra de régler proportionnellement le nombre des chariots de chaque convoi.

Supposons, comme dans l’exemple précédent, que les chariots devront parcourir les 5,000 mètres avec une vitesse de 5 mètres par seconde , ce qui portera le temps -du trajet à un quart d’heure ou 20 minutes, en comptant 5 minutes pour le temps perdu à attacher et détacher les convois et les changer de place. Ainsi , en 12 heures de travail , il y aura 36 voyages, dont moitié pour les vides. Il y aura donc 18 voyages de waggons pleins, de sorte que chaque voyage se composera de 17 chariots.

Chaque convoi chargé, de 17 chariots, pèsera 4 t. X 17 == 68 tonne.

Résistance due au frottement des 17 chariots chargés 68 l. X 0.005 — 340 kil.

Le câble de 3,000 m. devra avoir 4 p. 1/2 de circonférence et pèsera environ 1 kil. 40 par m. courant.

Son poids total sera donc 4200 k. dont le ^=550.

Résistance due au frottement du câble 350

Résistance totale . . . G90 kil.

La force d’un cheval de vapeur est égale à un poids de 75 kil. élevé à 1 mètre par seconde, ou à 23 kil. élevés à 5 mètres dans le même temps. En divisant la résistance: totale, 690 par 25, nous aurons le nombre de ehevaux que devra représenter la machine qui halet a les chariots

DE CIIEMINS DE FER

chargés ; ce nombre est 27 1/2 : on peut supposer 30 pour n’être pas en erreur.

Chaque convoi vide pèsera 17 tonnes à 1,000 kilomètres par chariot.

Résistance due au frottement des 17 chariots vides 17,000 k.

= 85 kil.

Le 2 u cible aura 3000 m. comme le précédent, mais il devra êlre moins fort. On peut le réduire à l kil. par mètre courant. Il pèsertudnsi 5,000 k.

dont le 1 = 250 250

Totai .... 355

— - = 13,4. Ainsi la deuxième machine devra représenter 14 chevaux environ; on peut supposer de môme 13 pour n’être pas en erreur.

Prix d'établissement du système réciproque.

üne bonne machine de 30 chevaux, telle que celles qui sortent d’Angleterre, coû- ]

tera au moins 1000 1. st. ou . . . . 25,000 f. f Le tambour et les engrenages, 200 1. st. ou 5,000 / 50,000 f.

Maison pour la machine et cheminée . . 15,000 I Réservoir d’eau et maison du machiniste . 5,000 /

Une machine de 15 chevaux environ. . . 15,000 i

Tambour et engrenages 4,500 f.

Maison pour la machine et cheminée. . . 12,000 ) 35,000 Réservoir et maison du machiniste . . . 4,000 J 450 poulies de droites ou de courbes à 15 fr. l’une en place . 6,750 f.

Total .... 92,250 f. *

L’intérêt de celte somme de 92,250 fr., devra être toujours compté à 6 § au moins, au taux de l’intérêt commercial , ce qui donnera 5,333 fr.

Dépense journalière du système réciproque.

Par jour.

Intérêt de 92.250 à 6 p. c.; 5.535 pour 300 jours de

travail, ou par jour f. 18 45 c.

Réparations et entretien de machines, y compris les chaudières , les barreaux de fer, le chanvre , la graisse, à 25 fr. par cheval et par an, soit pour 45 chevaux, force des deux machines, 1125 fr., ce

qui fait par jour 3 75

Charbon pour les machines travaillant 12 heures par jour; 8kilog.de charbon par cheval et par heure font pour 12 h. 96 kil. . et pour 45 chevaux 4.320 kil. à 40 cent, les 100 kil., prix du lieu

d’extraction 17 28

Deux machinistes û 4 fr. l’un 8

Deux chauffeurs à 2 fr 4

Quatre hommes pour conduire les convois ou les

mettre en place à 2 fr 8

Usure des poulies environ 200 fr. par an. Comme plus haut, on compte en Angleterre 100 fr. par mille (1,600 m ) de simple voie, ce qui fait par

jour 0 66

Huile pour les poulies, 300 fr., ou par jour ... 1

Homme pour graisser . 2

Deux câbles de 3000 mètres, pesant l’un 4200 , l’autre 3000, total 7200 kil., coûteront 1 fr. le kil. en déduisant la valeur du vieux câble, ce qui fait 7200 fr., l’intérêt de 7200 fr. à 6 p. c. est

432 fr., ou par jour * . . . , 1 44

En supposant la ligne développée sur de grandes courbes l’usure des câbles est estimée à raison de

1 cent, par tonne, transportés à 1 mille anglais

A reporter f. 64 58

Report 64 58

(1COO ni.). Ici nous avons donc 2 c. pour l’usure correpondant à chaque tonne, et pour 900 tonn. 18

La dépense journalière pour les chevaux revient à. 103 Celle par les machines stationnaires revient à . 82 58

Différence . . 20 42

Soit par tonne et par kilomètre —

Chevaux — — — = 0 f. 0380

Machines • . . . -i— 5 1. = 0 0306

Différence . . 0 f. 0074 Ce qui produirait par an environ 6,000 francs d’économie.

L’avantage du système réciproque sur les chevaux est donc assez faible , même pour un transport considérable et régulier, et certes un semblable avantage ne peut motiver une dépense de 90,000 fr. pour 3,000 mètres ou de 3,000 fr. par kilomètre, comme celle qu’entraîne l’établissement de ce système , d’après notre devis. Nou s aurions pu prendre des distances moins grandes de 1,500 mètres, par exemple, ce qui est eût diminué le poids par mètre de chaque câble et la force des deux machines placées aux extrémités de la ligne; mais d’un autre côté, il aurait fallu une troisième machine à la station intermédiaire , ce qui eût augmenté l’intérêt annuel d’établissement, à cause des frais de construction des maisons, tambours, etc. Il aurait fallu aussi payer un mécanicien

120 maheel de constrecteer

et un chauffeur de plus, de sorte que les deux comptes se balanceraient presque exactement.

Pour que le système réciproque puisse s’établir avec quelque succès, il faut que les expéditions de convois se fassent d’une manière très-régulière, il fautquela bouille soit à très-bas prix , qu’il n’y ait pas de chemins traversant la ligne, sans quoi il faut des hommes postés, pour placer et déplacer le câble ; et, quand ces conditions seraient réunies, on devrait craindre encore l’interruption du service résnltant de la rupture des . câbles. De là résulte que ce système est uniquement applicable à des localités particulières, et ne peut s’étendre à plus d’une ou deux stations, sans quoi les chances d’interruption dans le service général deviennent trop sensibles. Aussi ce système n’a t-il été jamais employé que sur deux chemins de fer des environs de Newcastle, ceux qui exportent les produits des deux mines d’Hetton et de Brunton. On l’avait proposé pour le chemin de Manchester à Liverpool ; mais il a été rejeté, après une discussion sérieuse de scs graves inconvénients. En effet il aurait exigé l’établissement de dix -sept stations, et le moindre accident arrivé à l’une d’elles, eût pu entraver tout le mouvement pendant un jour entier.

Au souterrain percé sous Liverpool pour le passage de ce chemin de fer, le service de la remonte et de la descente des waggons est opéré au moyen d’un câble Sans fin manœuvré par deux machines stationnaires placées au soumet. De cette manière, le service peut se faire

plus régulièrement que lorsqu’il faut attendre le retour du câble, comme sur les chemins des environs de Newcastle. Le souterrain de Liverpool présente deux voies continues, dont chacune est garnie de poulies. Au bas et au sommet , se trouvent deux tamboitts , et le câble sans fin va de l’un à l’autre en passant sur les deux lignes de poulies. La difficulté de ce système consiste à bien tendre le câble pour l’empècher de glisser , quand le tambour supérieur est mis en mouvement par les machines fixes. Celte tension s’opère au moyen d’un contrepoids placé dans un puits creusé à la station supérieure , et dont la chaîne est fixée sur un petit chariot qui roule dans un chemin creux pratiqué sous le chemin de fer. A l’autre extrémité de ce petit chariot , on accroche un bout du grand câble qu’on passe ensuite sur le tambour supérieur, et qu’on étend sur une ligne de poulies jusqu’au tambour inférieur. Il fait un tour sur celui-ci, et remonte par la deuxième ligne de poulies jusqu’au tambour supérieur sur lequel il fait encore un demi- tour , et s’arrête au petit chariot auquel son deuxième bout se trouve fixé comme le premier. Par cette disposition , le contre-poids agit à la fois sur les deux bouts du câble , et le tient fortement serré contre les tambours. Le câble étant double en longueur du souterrain, son frottement se trouve presque doublé. De là résulte qu’il a fallu placer deux machines de cinquante chevaux chacune pour le service de ce souterrain , dont la pente n’excède pas deux centimètres par mètre, et les frais d’entretien d’un pareil câble, des deux

rangs de poulies , et des deux machines, sont assez considérables pour prouver l’importance que les Anglais attachent à assurer la régularité du service sur un chemin de fer.

Pour remédier à l’usure rapide des câbles en chanvre, on a tenté de leur distribuer des chaînes en fer. Il existe une chaîne semblable sur un plan incliné près de Crompfort; mais ces chaînes présentent le même inconvénient que les câbles en chaînes de fer des ponts suspendus. Un seul anneau qui lâche , par suite d’un vice du métal ou d’une mauvaise soudure à la forge , entraîne la rupture immédiate de la chaîne entière , et cause les plus gravesaccidents.il me semble, par cette cause, que les câbles en chanvre doivent offrir plus de sûreté.

CIIAPITRE IV.

Machines locomotives.

Les machines à vapeur fixes que l’on emploie dans les usines de toute nature, peuvent être très pesantes et trèsvolumineuses dans leurs dimensions, sans qu’il en résulte un inconvénient très-sensible. Déjà, pour les bateaux à vapeur, cette liberté de poids et de développement se trouve diminuée, surtout pour ceux destinés à la navigation des rivières peu profondes, où le plusou moins de tirant du bateau modifie singulièrement la rapidité de sa marche. Mais les conditions d’exécution deviennent bien plus

difficiles pour les machines locomotives; car alors l’ensemble de la machine doit porter sur quatre ou six roues au plus, qu’on ne peut surcharger au delà d’un certain poids, et de plus ce même ensemble doit être contenu dans certaines limites fixes de largeur , de hauteur et de longueur, qu’il est rigoureusement impossible de dépasser : car d’une part, il faudrait donner des dimensions très-coûteuses aux percements, aux ponts et en général à la ligne même du chemin , si elle était composée de deux voies comme il arrive généralement ; et, d’un autre côté, une trop grande longueur, répartie même sur un nombre suffisant de roues , présente un obstacle très-grand au mouvement de la machine dans les courbes , au point d’absorber presque entièrela force qu’elle pourrait développer. Cette difficulté d’exécution des machines locomotives explique comment il s’est écoulé un si long espace de temps depuis leur première invention, depuis l’année 1769, date du brevet général de M. Walt sur les machines à vapeur où elles se trouvent indiquées, jusqu’à l’époque où elles ont commencé à devenir un objet de fabrication courante, susceptible d’alimenter des ateliers spéciaux de construction.

Les machines locomotives devant être aussi légères et aussi compactes que possible, on comprend qu’elles doivent être débarrassées de tout l’appareil nécessaire à la condensation , et qu’ainsi elles rentrent complètement dans la classe des machines dites à haute pression, où la vapeur agit à une pression de plusieurs atmo-

sphères. De plus , l’appareil destiné à la production de la vapeur ne peut être aussi étendu que dans les machines fixes , et conséquemment, pour qu’elles puissent être capables d’exercer un puissant effort , malgré cette limitation forcée des dimensions de leurs chaudières, il faut chercher à perfectionner les moyens ordinaires de produire de la vapeur, de manière à augmenter considérablement la quantité produite en un temps donné par une chaudière de petite dimension. C’est dans la solution de ce problème que réside la principale difficulté de ce genre de machines. >

La première machine locomotive a été construite en Angleterre par Trevilhick , ingénieur anglais qui a considérablement contribué au perfectionnement des machines à haute pression. Sa machine était composée d’une chaudière cylindrique montée sur quatre roues, et portait un cylindre qui agissait sur ces roues. Elle fut essayée sur un chemin à rails plats du pays de Galles, en 1806, et ne put produire qu’un effet assez faible; ce que l’on attribua alors au défaut d’adhérence de la roue avec la surface du rail sur laquelle elle se mouvait. Pour comprendre le mouvement d’une machine locomotive, il faut considérer que la surface du rail et celle de la jante de la roue sont hérissées de petites saillies insensibles à l’œil, qui agissent comme autant de petites dents d’engrenage ; de sorte que , lorsque le piston presse la bielle qui est fixée à la roue de la machine et tend à faire tourner celui-ci, la roue s’appuie contre la surface du rail, comme le pignon d’un

DE CHEMINS DE FEB

cric qui commence à se mouvoir, s’appuye sur la crémaillère. Si la résistance que la machine doit vaincre pour avancer est supérieure à sa force, ce qui arrive si • le nombre et le poids des chariots qu’elle se trouve avoir à conduire est trop considérable, ou bien si la pente à monter est trop rapide, les petites dents fléchissent, et les roues glissent en arrière au lieu d’avancer. Ce glissement fut le premier défaut que l’on reconnut dans la machine de Trevithick, et cette observation tourna de suite les idées vers les moyens de rendre le contact de la roue de la machine sur le rail beaucoup plus énergique, tandis que le principal défaut de cette machine, et de celles qui l’ont suivie , consistait dans le peu d’étendue de la surface de chauffe de la chaudière , qui ne produisait en conséquence qu’une quantité de vapeur trop petite pour l’effort qu’elle avait à vaincre.

M. Brunton inventa de faire agir le piston non plus sur les roues, mais sur des espèces de pieds en fer qui s’appuyaient sur le sol , et poussaient la machine, comme les pieds de derrière d’un cheval le poussent en avant. M. Chapman pensa que le meilleur moyen était de placer de distance en distance , au milieu de la voie , des points fixes sur lesquels se baierait la machine en enroulant un câble sur un tambour qu’elle porterait, et qu’on détacherait dès que la machine serait arrivée à chaque point fixe. Un troisième, M. Blenkinsop, , trouva mieux de former un des côtés de la voie avec des bandes en fonte garnies sur le côté de dents demi-circulaires, avec lesquelles venait s’engrener une roue paria.

MANUEL DU CONSTKUCTEUR

ticulière portée par la machine. Les cylindres agissant de manière à faire tourner celte roue, la machine suivait son mouvement, et se portait en avant sans que les autres roues pussent glisser sur les bandes.

Un chemin construit sur ce dernier modèle existe encore près de Leeds, et il est parcouru plusieurs fois par jour par une machine locomotive qui amène à Leeds par chaque voyage jusqu’à vingt-cinq chariots chargés de charbon tiré d’une exploitation voisine. Le succès de M. Bienkinsop donna quelque vogue à son invention. Mais bientôt on reconnut que ce chemin de fer ayant une pente sensible de la mine vers Leeds, la machine de M. Bienkinsop devait être aidée par celte pente. Cette remarque , jointe à l’excédant de la dépense qu’entrainaitla confection de bandes ainsi garnies de dents latérales, empêcha le chemin de Leeds de trouver des imitateurs. Au fait, on doit reconnaître que la machine de ce chemin produirait autant d’elfet si la roue d’engrenage était supprimée , et si les pistons des cylindres agissaient directement sur les quatre roues qui portent sur le rail.

Des essais faits à Killingworth , en employant ce dernier moyen , ramenèrent enfin les idées vers le véritable défaut des machines locomotives. On trouva par expérience que la machine , agissant par l’adhérence seule de ses roues contre le rail , pouvait se mouvoir sans glisser sur des pentes ascendantes qui allaient à plus d’un centimètre par mètre. Lorsqu’on lui accrochait un trop grand nombre de chariots, la machine partait et faisait

tourner ses roues sans glisser, mais elle s'arrêtait dès que la vapeur, accumulée dans la chaudière au moment du départ, se trouvait épuisée par le jeu des cylindres. Dès lors on comprit que c’était vers l’amélioration des moyens de produire de la vapeur, et conséquemment de la force , que devaient se diriger les perfectionnements.

La fig. 5i représente une des machines employées en 1825 sur le chemin de Darlington, qui a 40 kilomètres de longueur, et qui , après celui de Liverpool à Manchester, est le plus grand qui existe en Angleterre.

La chaudière est un cylindre en tôle, fixé sur les quatre boites ou cousinets qui embrassent les deux essieux de la machine , et traversé au milieu par un tuyau circulaire également en tôle. Ce tuyau contient le foyer de la machine , et communique, par son extrémité antérieure, à l’orifice inférieur d’une cheminée circulaire en tôle qui a huit à dix pieds de hauteur. Au-dessus de la chaudière , s’élèvent deux cylindres à demi enfoncés dans son intérieur, et dans lesquels se meuvent les pistons. La lige de ceux-ci est surmontée d’un fléau dont les deux extrémités portent deux bielles placées symétriquement des deux côtés de la chaudière. Chacune de ces bielles correspond à une des roues du même essieu , et son extrémité est fixée sur un rayon, de sorte que chaque piston fait tourner un essieu (voyez la fig. 51).

L’eau nécessaire à l’alimentation de la chaudière, ainsi que le charbon nécessaire à la combustion , sont portés sur un chariot particulier, et joints à la machine

dont les quatre roues ne pourraient supporter cet excédant de poids. L’eau est placée dans un réservoir en tôle assez élevé pour faciliter sa descente par un tuyau de cuir, jusqu’au bas d’une pompe alimentaire qui la fait entrer dans le cylindre. Le même chariot porte le mécanicien chargé de diriger la machine, et son aide qui lui sert de chauffeur, et qui recharge de temps à autre le combustible sur la grille. La forme et la disposition de ce chariot, qu’on appelle le tcnder en Angleterre, est à peu près la même pour les diverses machines locomotives.

Dans ces machines, la vapeur était formée sous une pression de cinquante livres anglaises par pouce carré, ce qui revient à trois atmosphères un tiers, indépendamment de la pression de l’atmosphère. Cette même pression a été adoptée généralement pour les machines locomotives.

La machine que nous venons de décrire présente plusieurs défauts graves. Le premier et le principal , c’est le peu d’étendue de sa surface de chauffe ; car le diamètre du tuyau intérieur étant de deux pieds , et sa longueur de neuf pieds , mesure anglaise, cette surface de chauffe se trouve réduite à cinquante-quatre pieds carrés. Or, dans les machines ordinaires, on compte qu’il faut 8 pieds anglais carrés de surface de chauffe pour évaporer 1 pied cube d’eau par heure, ce qui représente une force de cheval. Ainsi, la machine locomotive que nous venons de décrire ne pouvait évaporer par heure que 6 à 7 pieds cubes d’eau : ce poids correspond à une force

de 6 à 7 chevaux , au plus. Encore faut-il supposer que son foyer avait une combustion aussi active que les grands foyers des machines fixes , sous le tirage de leurs grandes cheminées. Mais il n’en était pas ainsi : car il ne pouvait résulter qu’un tirage très-imparfait d’une aussi petite hauteur de cheminée que 10 pieds, et ce défaut ne semblait guère possible à corriger, puisque la hauteur de la cheminée est limitée par deux causes : l’une, c’èst l’élévation qu’il faudrait donner aux passages souterrains ou aux ponts destinés à la traversée des chemins vicinaux et des routes ordinaires, élévation qui entraînerait des dépenses très -considérables; l’autre, c’est le balancement qu’un tuyau trop long communiquerait à la machine en mouvement. De plus, celte machine posait directement sur les essieux , de sorte que ses diverses parties étaient fortement secouées par l’action alternative des pistons agissant sur les roues, et tous les joints se trouvaient ainsi exposés à se désunir promptement. Enfin le tube intérieur en tôle, dont nous avons parlé plus haut, était rongé très-rapidement par l’action de la flamme , et devait être changé au moins deux ou trois fois par an.

Tel était en Angleterre l’état de la construction de ces machines, lorsqu’en 1829 les directeurs de la compagnie de Liverpool à Manchester, incertains sur le choix des moteurs qu’ils devaient employer, ouvrirent un concours pour les machines locomotives , et promirent un prix de 500 liv. sterl. pour la machine qui remplirait certaines conditions de force , de légèreté et de

rapidité qu’ils fixèrent dans le programme du concours.

Il fallait, 1° que la machine fût capable d’entraîner 20 tonnes à raison de 10 milles (16,000 kil.) à l’heure , en parcourant une partie de leur chemin de fer, déjà achevée et sensiblement horizontale ; 2° qu’elle ne pesât que 4 tonnes et demie, ce poids devant être compris dans la charge de vingt tonneaux qu’elle devait entraîner; 3° enfin, la machine devait être portée sur des ressorts , et la pression ne pouvait être au-dessus de 3 atmosphères un quart, soit 30 livres par pouce carré.

L’effort exigé par les directeurs était au-dessus de la puissance des anciennes machines. Il fallait donc augmenter cette puissance. Mais, d’un autre côté, la machine demandée ne devait pas s’écarter des limites de poids fixées par le programme. Dès lors, l’esprit inventif des constructeurs dut se tourner tout entier vers les moyens d’augmenter la surface de chauffe et la production de vapeur, sans augmenter le poids de la machine.

L’un d’eux, M. Hackworth , doubla le tube intérieur des machines de Darlington, et réunit ses deux tubes par une calotte demi-sphérique qui servait à la circulation de la flamme du tuyau d’en bas au tuyau supérieur. Un autre, M. Braithwaite , introduisit dans sa chaudière un long tube plié en spirale comme un serpentin , et destiné à promener l’air chauffé dans le milieu même de l’eau ; l’air était aspiré dans ce tube par un ventilateur mu par la machine. Enfin, un troisième, M. Slephenson, ingénieur du chemin de Liverpool , et constructeur de machines locomotives à Newcastle, présenta une ma-

chine dont la chaudière cylindrique était traversée dans sa partie inférieure par 23 petits tuyaux creux en cuivre, de 2 pouces de diamètre , dans lesquels s’engageait la flamme au sortir du foyer. Ce procédé permettait ainsi à la flamme de circuler dans toutes les parties de la masse liquide, et donnait une surface de chauflFe supérieure à celle des deux autres machines.

La machine de M. Hackworth avait une surface de chauffe

égale environ à 8 mètres carrés.

Celle de M. Braithwaite, qui ne pesait que trois tonnes,

avait une surface de 5 à 6

El celle de M. Stephenson, une surface de 12

Ce fut aussi celle dernière qui gagna le prix proposé par la compagnie de Liverpool. Dans le même temps, et même avant les essais de Liverpool, M. Seguin aîné faisait des essais sur un système semblable de chaudière traversée par des tuyaux, dans les chantiers de la compagnie du chemin do fer de St. -Étienne à Lyon. Un brevet même avait été pris par ses directeurs, une année avant cette époque. Ainsi celte invention peut à juste litre être regardée comme une invention française.

Quoi qu’il en soit, ce système de chaudière à petits tuyaux horizontaux, pour la circulation de la flamme, est encore aujourd’hui le meilleur qu’on connaisse pour obtenir facilement une grande évaporation. Un grand . nombre d’essais ont bien été tentés, soit par M. Braithwaite pour perfectionner sa première machine, soit par M. Gurney et d’autres ingénieurs pour activer l’évapo-

ration dans les machines qu’ils ont mises en mouvement sur les routes ordinaires. Le principe général de ces essais était d’employer le système des petits tuyaux d’une manière différente de celle déjà connue ; et la complication de leurs appareils n’a pu admettre un service de longue durée. Aussi le système des chaudières à tuyaux horizontaux est-il uniquement employé aujourd’hui sur le chemin de Liverpool à Manchester, et sur les chemins de fer déjà établis en France.

Après avoir ainsi exposé les principes généraux qui doivent diriger dans la construction des machines locomotives, et décrit rapidement l'histoLre de leurs progrès successifs, depuis la première invention de ce nouveau genre de moteur, je vais examiner les divers détails dont se compose l’ensemble d’une machine locomotive et les procédés adoptés dans la pratique pour leur exécution. Avant d’entrer dans cet examen , je dois dire qii’il n’existe encore aucun système adopté d’une manière définitive pour la disposition des diverses parties dont se compose -une machine locomotive. Bien que , sur le chemin de Liverpool à Manchester, le nombre des machines employées s’élève à plus de 30, ces machines varient entre elles dans leurs proportions et leur assemblage , de sorte que les essais journaliers qui ont eu lieu sur ce chemin en font une véritable école de construction pour les machines locomotives. Toutefois, beaucoup de défauts ont été déjà reconnus et évités ; plusieurs méthodes de coordonner l’ensemble de la machine ont été abandonnées après une expérience suffisante, et la connaissance de

ces tentatives et des résultats qu’elles ont produits pourra être utile à toutes les personnes qui voudront s’occuper de semblables constructions.