COMBUSTIBLE EMPLOYÉ AU CHAUFFAGE DE LA CHAUDIÈRE

Le combustible employé pour les machines locomotives est delà houille ou du coke. La houille exige une ventilation moins puissante dans le foyer; mais une fois cette ventilation obtenue, le coke est de beaucoup préférable. Il ne fait presque point de fumée , et c’est un avantage capital, lorsqu’on doit conduire des voyageurs, que la fumée de houille incommode fortement, soit dans les passages souterrains, soit lorsque le vent est contraire à la direction du mouvement de la machine. Ensuite, le foyer étant nécessairement petit , il est indispensable de brûler toujours une houille de première qualité; car les barreaux s’empâtent promptement par les résidus siliceux que laisse la combustion de la houille médiocre, et alors l’air circule mal dans le foyer. Il faut de plus que cette houille ne soit pas de nature grasse ; car alors elle se collerait et empêcherait de môme la circulation de l’air. Enfin , elle doit être en morceaux d’une certaine

dimension pour brûler toujours vivement et sans interruption. Ces diverses conditions rendent assez difficile, môme à la proximité des bassins houillers, d’obtenir facilement de la houille propre aux machines locomotives; tandis qu’on peut généralement obtenir de très -bon coke à un prix modéré, parce qu’il se fait avec du charbon menu, qui est toujours à bas prix. Ainsi, sur le chemin de Saint-Etienne à Lyon, la houille destinée aux machines locomotives coûte de 4,150 à 1,60 les 100 kilog.;

- tandis que de l’excellent coke, propre au même usage, ne coûte que 70 à 715 c. le même poids. Quant à la consommation de l’une ou l’autre espèce de combustible, l’expérience, sur le môme chemin, a donné les résultats suivants pour un trajet journalier de 615 kilomètres :

Consommation. Prix par jour, hect. kil. fr. fr.

Machines brûlant de la houille. 10 soit 800 à 1,55 . . 12,40 Machines brûlant du coke . . 800 0,72 . . 5,56

Différence. . 6,84

Ainsi, en comptant 300 jours de travail, on obtient, en brûlant du coke, une économie annuelle de 2,052 fr. Le coke nécessite seulement des foyers un peu plus étendus que la houille.

Chaudière.

La chaudière des machines locomotives actuelles est , comme je l’ai dit plus haut, un cylindre en tôle ou en

cuivre, traversé dans sa moitié inférieure par un grand nombre de petits tuyaux en cuivre, et fermé de deux pièces circulaires à ses extrémités. Ce cylindre, qui forme le corps de la chaudière', a généralement 50 pouces de diamètre et 6 à 7 pieds de long. Il dure beaucoup plus de temps quand il peut être fait en cuivre. Cependant les chaudières anglaises sont encore en tôle. Les petits tuyaux se confectionnaient d’abord en cuivre rouge; mais des expériences récentes faites au chemin de Liverpool ont prouvé que le cuivre jaune, quiest, comme on sait, un alliage de zinc et de cuivre, résistait beaucoup mieux à l’action de la flamme du coke employé comme combustible.

Le nombre et la dimension de ces petits tuyaux a beaucoup varié. En France, on s’est borné à établir dan» chaque chaudière 80 tuyaux de 18 lignes (40 millimètres) de diamètre, ce qui donne une surface de chauffe totale de 21 mètres carrés. En Angleterre on a été jusqu’à 140 tuyaux par chaudière, en réduisant leur diamètre à un pouce environ (28 millimètres). On avait ainsi une surface de chauffe de 26 mètres carrés. Cette diminution du diamètre des tuyaux n’est pas sans inconvénient, parce qu’ils se remplissent assez promptement de suie qu’y dépose la flamme trop gênée dans sa circulation ; alors l’avantage de leur grand nombre se trouve fortement diminué. Aussi commence-t-on , en Angleterre , à limiter le nombre et la dimension des tuyaux : aujourd’hui, les machines ordinaires ont 100 à 110 tuyaux de 1» à 16 lignes (36 millimètres) de diamètre : ce qui

représente une surface (le chauffe de 26 mètres carrés.

Une chaudière ainsi construite peut produire au moins 600 à 700 kilogrammes de vapeur à l’heure, avec une bonne combustion dans le foyer.

Chaque tuyau de cuivre se fixe au moyen d’une espèce de bague en acier, évasée d’un côté seulement, et qui entre de force dans l’ouverture pratiquée dans les deux fonds circulaires de la chaudière. Quelquefois on s’est contenté de river les deux extrémités de ces tuyaux sur les fonds circulaires. La bague en acier a pour effet de Joubier la force de la plaque sur ce point, et de rendre l’assemblage plus solide. On conçoit que cet assemblage est en effet d’une haute importance , pour que la chaudière puisse tenir l’eau et la vapeur sans perte, malgré la haute pression à laquelle on agit.

Les tuyaux se nettoient, soit avec une brosse emmanchée sur une tige de fer, soit avec une espèce de ringard recourbé. Cette opération doit se faire , chaque fois que l’on arrête la machine.

Le foyer est disposé à l’arrière de la chaudière , et forme une espèce de coffre carré en tôle, indépendant de la chaudière à laquelle il est réuni seulement par des boulons. En desserrant ces boulons , le coffre se trouve libre , et peut se réparer facilement.

Ce mode d’assemblage est très-utile dans la pratique; car le foyer est la partie de la machine qui se détériore le plus rapidement par l’action énergique de la flamme, et s’il ne pouvait pas se remplacer facilement par un autre, la machine serait exposée à rester très- longtemps

et très-fréquemment en réparation. Pour préserver de la flamme les compartiments latéraux qui composent le coffre du foyer, on a soin de les doubler, et dans l’intervalle on fait circuler de l’eau qui s’échauffe et passe de là dans la chaudière. La chaudière ne reçoit ainsi que de l’eau déjà échauffée, ce qui lui permet de produire une quantité de vapeur bien plus considérable que si elle était alimentée uniquement avec de l’eau froide.

Les barreaux des foyers sont quelquefois creux, et reçoivent un courant d’eau destiné à les empêcher de brûler; mais ces barreaux creux coûtent assez cher : aussi, généralement on préfère employer des barreaux pleins , et on les remplace à mesure qu’ils s’usent.

Cette réparation des barreaux est assez coûteuse. Les ingénieurs du chemin de Manchester comptent qu’il faut changer les barreaux d’une machine trois fois par an. D’autres donnent pour règle qu’il faut changer tous les barreaux du foyer après que la machine a parcouru 40,000 kilomètres.

Les foyers à coke ont généralement 0 m ,28 de profondeur, sur 0 m ,81 de large. Ceux à charbon sont un peu plus petits.

Le foyer est arrêté contre le fond de chaque chaudière. On a essayé , en France, de le prolonger au-dessous de la chaudière, de manière à augmenter sa capacité; mais ce mode d’assemblage a un défaut très-grave : la flamme qui s’élève du foyer se trouve frapper directement contre le joint du cylindre qui forme la chaudière et du fond circulaire, et si la chaudière et ce fond sont en tôle , la

partie frappée par la flamme brûle très-rapidement. Il est vrai qu’on peut mettre sur ce point une doublure en cuivre, ce métal résistant mieux au feu que la tôle.

On a construit des foyers en cuivre et en tôle. Ceux en cuivre coûtent beaucoup plus cher, mais ils durent plus longtemps; et pour eux, comme pour la chaudière, on tire toujours un parti bien plus avantageux du vieux cuivre que de la tôle à demi rongée, telle qu’elle se trouve après deux ans de service sous l’action d’un feu extrêmement violent.

L’eau nécessaire à l’alimentation de la chaudière est portée, comme je l’ai déjà dit, dans une caisse en tôle placée sur un petit chariot joint à la machine. De là elle sort par un tuyau de cuir dont l’ouverture est réglée au moyen d’un robinet. Ce tuyau communique à une petite pompe alimentaire mise en action par la machine, et serrant à introduire l’eau dans le coffre du foyer et dans la chaudière; mais comme chaque quantité pondérable de vapeur qui entre dans le cylindre doit être remplacée dans la chaudière par un poids d’eau correspondant, la caisse se vide après un certain nombre de coups de piston. Pour la remplir de nouveau, on établit, de distance en distance, le long de la ligne, des réservoirs en bois ou en tôle, placés à une hauteur d’une dizaine de pieds , et, à l’aide d’une pompe, un homme a soin de les tenir pleins d’eau. Quand la machine arrive auprès de ces réservoirs, elle s’arrête, et, au moyen d’un robinet de fond joint au réservoir et d’un tuyau mobile de communication , l’eau coule dans la caisse du chariot-fourgon qui suit la machine.

Celte eau est généralement froide au sortir du ré-

DE CHEMIKS DE FER

servoir. Elle s’échauffe , comme nous l’avons dit, en arrivant, soit dans les compartiments du foyer, soit dans des espèces de supports creux en fonte disposés au fond du foyer, et qui soutiennent la chaudière. C’est du moins ainsi que l’on opère en France. Au chemin de Liverpool, comme on désirait réduire extrêmement le poids des machines pour les pendre propres à de grandes vitesses , on chauffe l’eau dans les réservoirs mêmes où elle est pompée, et, de celte manière, elle a généralement une température de 40 à 50 degrés quand elle sort du réservoir fixe pour passer dans le réservoir de la machine. Ce chauffage s’opère par la vapeur, l’excédant de la vapeur non condensée servant à mouvoir une machine qui pompe l’eau. A Darlington , l’eau est pompée par un moulin à veut qui s’oriente luimême, et. n’exige qu’une simple surveillance de la part d’un gardien, préposé en même temps au pesage des chariots qui s’arrêtent sur ce point.

Toutes les chaudières des machines locomotives doivent être pourvues d’un petit tube d’un centimètre de diamètre situé à l’extrémité, et servant à indiquer le niveau de l’eau dans la chaudière; ce tube doit être observé avec un grand soin par les machinistes ; car si le niveau d’eau baisse trop par suite d’un engorgement dans le jeu de la pompe alimentaire, ou parce que le robinet du réservoir n’est pas assez ouvert, la flamme frappera sur des parties de la chaudière privées d’eau, et les brûlera de suite.

0P place sur la chaudière deux soupapes de sûreté à

l>ras de levier, qu’on charge d’un poids correspondant à une pression de trois atmosphères environ ou de 5 kilogrammes par centimètre carré sur l’ouverture de la soupape. Il se présente à ce sujet un phénomène assez singulier. Quand la machine est en marche, alors même qu’elle est portée sur des ressorts, chaque secousse fait ballotter le levier et soulève la soupape de sûreté, de sorte que la pression est intermittente, et que la vapeur s’échappe rapidement. Cet inconvénient est si sensible, qu'aux chemins de fer situés aux environs de Newcastle, on avait l’habitude de fixer pendant la marche le bras de levier de la soupape, au moyen d’une pièce mobile enfer qu’on détournait lorsque la machine s’arrêtait, de manière à rendre la soupape libre; car c’est dans ce cas surtout qu’on doit craindre des accumulations de vapeur, et les accidents qui en sont la suite. En marche, la vapeur est dépensée à mesure qu’elle est produite et il y a peu de danger, si la chaudière a toujours une quantité d’eau suffisante. Mais il résultait de cette invention que la machine en marche était tout à fait privée de soupape de sûreté; et cette habitude hasardeuse ne pouvait être conservée au chemin de Liverpool , destiné à un si grand transport de voyageurs. Aussi , sur ce chemin, on a remplacé le poids des soupapes de sûreté par un ressort placé à l’extrémité du bras de levier, et exerçant une pression équivalente : alors la soupape ne se soulève pas par les secousses des mouvements de la machine. Cependant on peut craindre avec quelque raison qu’un ressort ne soit sujet à se roidir plus ou moins , et

l’on n’a pas ainsi une mesure bien exacte de la pression exercée dans ja chaudière. En France on a imaginé un moyen qui présente plus de sécurité. 11 consiste à interposer entre le bras de levier, et la petite plaque qui porte sur l’entrée de la soupape , un double ressort qut amortit tout l’effet des oscillations du poids placé à l’extrémité du levier. De cette manière , la soupape est toujours libre de ses mouvements quand la machine est en marche , aussi bien que lorsqu’elle est au repos.

Ventilation.

J’ai dit que la cheminée des machines employées à Darlington et sur les chemins de fer des environs de Newcastle, n’avait au plus que 10 pieds de haut. Elle ne procurait qu’un tirage bien insuffisant pour un foyer aussi petit que celui de ces machines, puisque la vitesse ascensionnelle, correspondante à une semblable hauteur . ne va guère à plus de 4 m par 1"; ainsi la quantité d’air, fournie pour une section de foyer de deux pieds carrés environ, devait aller au plus à un mètre cube par seconde. Cependant le moindre ralentissement dans la combustion diminue presque instantanément d’un tiers ou de moitié la force des machines locomotives; car la partie supérieure de la chaudière qui reste vide ne peut contenir qu’une quantité de vapeur assez limitée, dont une partie est absorbée à chaque coup de piston des cylindres. Si donc celte quantité de vapeur n’est pas incessamment renouvelée à l’aide d’une com-

bustion très-active, la machine se trouve arrêtée au bout de quelques minutes.

Élever ces cheminées davantage présentait de grandes difficultés, ainsi que nous l’avons déjà dit. Car cette surélévation , pour être utile , devait aller à une dizaine de pieds de plus , et , pour cela , il eût fallu s’astreindre à relever de beaucoup tous les ponts et passages souterrains placés sur la ligne des chemins de fer, travail souvent impraticable, ou bien il aurait fallu faire tourner les cheminées autour d’une charnière, comme dans les bateaux à vapeur. D’un autre côté , une cheminée semblable aurait acquis facilement dans sa marche un mouvement d’oscillation qui eût ébranlé toutes les parties de la machine; et c’est ce qui se voit même auprès de Leeds, sur un chemin de fer assez court, qui est desservi par une machine à vapeur armée d’un tuyau de plus de 20 pieds de haut.

Pour remédier à cette imperfection du tirage, M. G. Stephenson a imaginé de jeter dans la cheminée la vapeur qui sort du cylindre, après y avoir exercé son effet, el f de profiter de sa vitesse pour exciter dans la cheminée un courant rapide qui pût activer la combustion. Cette invention réussit parfaitement; seulement, pour que le jet de vapeur produise tout son effet , il faut que le coffre inférieur de la cheminée où il est lancé soit imperméable à l’air extérieur , de manière que le jet fasse le vide exactement derrière lui ; de plus, il est avantageux de lancer le jet aussi directement que possible dans le sena de l’&xe du tuyau de la cheminée. Cette deuxième re-<.

marque fit placer les cylindres immédiatement sous la cheminée, de manière que le jet fût tout à fait direct, sans être retardé par aucun frottement dans les tuyaux de sortie, frottement qui a lieu plus ou moins sensiblement quand les cylindres sont placés latéralement à la chaudière. Ensuite on eut soin d’augmenter le diamètre des tuyaux de sortie, et île les réunir dans la cheminée en un seul tuyau dirigé verticalement et terminé en haut par un orifice en forme de cône tronqué , comme un tuyau d’anche. Il parait que cet étranglement du tuyau de sortie augmente sensiblement le résultat produit, le jet de vapeur se trouvant dans la même situation que l’air qui sort d’un soufflet d’appartement. Les tuyaux de sortie ont généralement un décimètre, ou 4 pouces anglais de diamètre , ainsi que ceux d’admission.

Lorsque la machine fonctionne, la vapeur sortant des cylindres rencontre, dans la cheminée, un courant d’air chaud sortant du foyer et déjà animé d’une vitesse ascensionnelle. Elle le pousse devant elle par sa vitesse supérieure, et, produisant le vide derrière, elle excite un courant violent d’air qui se précipite dans le foyer. Ce courant d’air anime la combustion , et une plus grande quantité de vapeur se produit dans la chaudière. L’introduction de cette nouvelle vapeur dansles cylindres accélère la machine, et sa sortie accélère le courant qui alimente la combustion ; d’où l’on voit qu’une machine en mouvement, alimentée constamment de combustible et d’eau, tend constamment à s’accélérer, si elle se meut tou-

jours sur une ligne droite d’une pente uniforme, de manière que sa vitesse acquise ne soit pas épuisée parle frottement des courbes, ou par la portion du poids qui se trouve décomposée si la pente augmente. D’un autre côté, l’on voit que si la machine se meut lentement, les jets de vapeur dans la cheminée seront intermittents, et ne pourront conséquemment y exciter un courant continu. L’introduction d’air dans le foyer ne sera donc pas rapide, la production de vapeur sera faible, et la machine s’arrêtera «lès qu’elle aura dépensé la quantité de vapeur accumulée dans la chaudière au moment du départ. De là résulte, 1° qu’il faut calculer le poids que doit traîner la machine de manière «ju’elle puisse marcher avec une vitesse suffisante , 2° qu’il est avantageux d’avoir des cylindres larges et courts; car alors les jets de vapeur dans la cheminée sont plus fréquents, puisqu’ils correspondent à chaque pulsation du piston.

Pour mettre la machine en action , on commence par chauffer la chaudière avec du charbon mêlé «le bois, de manière à exciter un feu vif qui amène la température de l’eau au-dessus de 100°, et produise assez de vapeur pour que la machine puisse traîner son propre poids. Dès que le machiniste est arrivé à ce point, il fait partir la machine et la promène seule. La vapeur entre dans les cylindres, en sort, et excite peu à peu un courant d’air rapide dans la cheminée. On jette du coke dans le foyer; il s’allume, et la température s’élève dans la chautlière. La vapeur est produite en plus grande quantité et à une plus haute pression ; elle produit donc un effet plus énergique , et

la machine s’accélère. Peu à peu l’eau parvient à ISO ou 160", et la chaudière se trouve remplie d’une cpiantité suffisante de vapeur à la pression demandée. Alors la soupape se soulève , et la machine vient chercher son convoi. On remplit d’eau son réservoir, s’il en a perdu une certaine quantité dans cet essai préparatoire , et la machine est prête à partir. 11 faut ordinairement chauffer la chaudière pendant une heure ou une heure et demie, pour que la température s’élève suffisamment et que la vapeur arrive à 4 atmosphères.

On a employé, sur le chemin de Saint-Étienne à Lyon, une autre méthode de ventilation qu’il peut être utile de décrire, quoiqu’elle soit généralement remplacée aujourd’hui par l’injection de la vapeur dans la cheminée. Ce moyen consistait à placer, sur le fourgon attaché à la suite de la machine, un ventilateur mis en action par des courroies passantsur une grande poulie fixée à une roue du fourgon. Ce ventilateur eût pu être un cylindre soufflant, mais on avait trouvé plus simple d’adopter des ailes semblables à celles du moulin à vanner le blé. Sur chaque côté du fourgon on avait établi une caisse oblongue en planches, dans laquelle tournait une roue à quatre palettes qui aspirait l’air par le centre de la caisse, et le refoulait dans un conduit de cuir qui parlait du ventilateur et aboutissait au-dessous du foyer. Cette disposition présentait l’inconvénient d’exiger une certaine quantité de force motrice. Déplus, les conduits en cuir et les courroies exigeaient un entretien assez coûteux.

Frais de traction avec les machines locomotives.

ün conçoit que les frais de traction avec les machines locomotives varient sensiblement, suivant la vitesse qu’on juge convenable de donner aux transports. Si l’on veut s’astreindre à des vitesses considérables, ainsi qu’au chemin de Manchester à Liverpool, il en sera de chaque machine employée comme d’un cheval de course : elle ne pourra mener qu’un poids assez faible proportionnellement à sa force absolue, et elle se fatiguera promptement ; les joints de ses diverses parties se lâcheront, et la rapidité de la combustion détruira les parois du foyer et les tuyaux delà chaudière. De là il suit que, pour assurer un service régulier avec celte grande vitesse, il faudra un nombre considérable de machines. Nous laisserons de côté pour le moment le cas de ces grandes vitesses, qui ne sont applicables utilement qu’au transport des voyageurs, et nous supposerons que les machines doivent uniquement conduire des chariots chargés de marchandises, avec une vitesse de 10 à 41,000 mètres à l’heure, vitesse conforme à celle qu’elles ont sur le chemin de Darlington et sur celui de Saint-Étienne à Lyon, et au moins suffisante pour le transport de toute espèce de marchandises pesantes.

Le poids des machines, telles qu’on les construit actuellement, varie de 5 à 7,000 kilog. Il faut ajouter à ce’ poids 5,000 kilog. environ pour le fourgon qui la suit, chargé d’eau et de charbon . Ainsi, on peut compter sur 9 tonneaux environ pour l’ensemble du fourgon et de la

machine avec son eau dans la chaudière. Avant de se mettre en mouvement, la machine doit vaincre le frottement

dû à son poids, ou ^ tonn. = 48 kil. ; de plus, si elle se

meut sur une pente ascendante, une portion de ce poids viendra créer une résistance qui sera :

Pour 1 mill. par mètre

Ainsi, sur une pente de 8 mill. par mètre, la résistance que la machine devra vaincre pour se mouvoir elle-même sera double de la résistance qui résulte de l’action de son propre poids sur les essieux. Celte résistance sera triple à 10 mill. par mètre, et quadruple à 18. Indépendamment de la moindre adhérence des jantes sur un rail incliné, une quantité notable de la force des machines locomotives se trouve donc employée à remonter leur propre poids au-delà d’une certaine limite de pente, de sorte qu’à mesure que la pente augmente, on ne peut utiliser qu’une portion d’autant moindre de leur force.

Machines sur un chemin de fer horizontal. — Sur une partie du chemin de fer de Saint-Étienne à Lyon, dont la pente est de i millimètre par mètre en montant , une machine, pesant 9 tonnes avec son fourgon , entraîne 10 waggons chargés, soit 40 tonneaux à raison de 11,000 à l’heure, ou de trois mètres par seconde environ. Elle parcourt avec cette charge 18 kilomètres , ramène des

chariots vides, et fait en tout trois voyages complets, aller et retour, dans sa journée.

Froltem. de la machine . 9.000 k. X 0. 005. . . 45 k. 00 Frolt. de I0waggons = 40

tonnes 40.000 k. X 0. 005. . . 200 00

Poids décomposé de la machine 9.000 k. X 0.0005. . . 4 50

Poids décomposé des wag-

gons 40.000 k. x 0.0005. . . 20 00

Total 269 k. 50

Ce poids, entraîné avec une vitesse de 5 m par 1*, représente un effet de 808,5 kil. à l ra par 1', ce qui correspond à la force de 11 chevaux environ. Cependant la machine produit à l’heure de 6 à 700 kil. de vapeur, quantité qui, dans les machines fixes , représenterait au moins une force de 20 chevaux. Mais il faut observer que la ligne que parcourent les machines n’est pas régulière dans sa pente; car, sur une longueur de 1,000 mètres environ, elle offre une pente ascendante de 2 mm par mètre , ce qui augmente en ce point la résistance jusqu’à 345 kil. En outre il faut remarquer que les difficultés du terrain n’ont pas permis d’établir toujours le tracé suivant des lignes droites ou au moins des courbes très-étendues. Il existe sur cette ligne beaucoup de courbes, et plusieurs n’ont pas plus de 500 mètres de rayon. C’est là une cause de frottement extrêmement sensible, comme nous l’avons vu. Enfin, en général, dans une machine mobile, le rapport de l’effet produit à l’intensité de la force est moindre que dans les machines fixes , et cette observation peut

s’appliquer surtout aux machines de ce chemin qui sont loin d’être parfaites, comme construction.

Sur le chemin de Manchester à Liverpool, la pente peut être considérée comme sensiblement horizontale , à l’exception de la hauteur appelée le Rain-Hill, qui exige une machine de renfort. Sur le reste de la ligne ,

les plus fortes inclinaisons vont au plus jusqu’à ou

p ar mètre de pente. D’après le relevé des comptes de ce chemin, dont on donnera un extrait à la fin de cet ouvrage, les machines conduisent ordinairement 48 tonnes de marchandises, ce qui correspond à 70 tonnes environ, parce que les chariots pèsent plus et sont moins chargés qu’au chemin de Lyon. Elles font en deux heures le trajet de Liverpool à Manchester, distance 48 kil. Leur vitesse est donc de 7 mètres par Y .

La résistance entraînée à 7 mètres par seconde se compose ainsi :

Frottement de la machine, 9X0.005 45 k. 00

Id. de 70 tonnes à 0.004 par tonne , au lieu de 0.005 comme précédemment , à cause des petits essieux employés sur ce chemin. (V. p. 43.). 280 00

Pente 1/2 mil), moyennement. . . . Machine . 4 50

Poids décomposé Waggons . 35 00

Total . . . 304 k. 50

L’effet de ces machines est donc bien supérieur à celui des machines de Lyon, et cet avantage tient en partie à la meilleure construction des machines anglaises , qui

sont extrêmement soignées. De plus, le chemin de Li verpool présente de nombreuses lignes droites et de grands développements dans ses courbes, circonstances qui réduisent considérablement les difficultés opposées dans la marche par le frottement latéral, et qui permettent aux machines de profiter largement de l’elîet de la vitesse acquise. Suivant les Revues anglaises , les machines de Liverpool ont traîné souvent des charges beaucoup plus considérables que celles que nous venons d’indiquer. Ainsi, la Revue d’Édimbourg (octpbre 1832) rapporte qu’une machine a conduit 100 tonneaux en une heure et demie de Liverpool à Manchester, et, depuis, l’on cite de nouvelles machines qui auraient conduit jusqu’à 140 tonnes. Mais, pour évaluer l’effet utile de ces machines , il est plus exact de prendre leur travail moyen que le cas d’une exertion extraordinaire de force qui a pu être suivie de plusieurs jours de réparation.

Au chemin de fer de Saint-Étienne à Lyon, et sur la portion de ligne que nous avons prise four exemple , l’entretien journalier d’une machine locomotive est composé comme il suit :

Intérêt de 12.000 fr., prix de la machine à 5 p. c.

600 fr. par an , soit par jour .

lf.

400 kil. de coke par voyage , le coke à 75 c. les

100 kil. pour 5 voyages par jour

Machiniste et chauffeur

Eau d’alimentation dans les châteaux d'eau ; prix du pompage à 50 c. par machine et par château d’eau ; il faut compter deux reprises d’eau sur la distance et pour trois voyages

DK CHEMINS DE FER. 1(H

Huile, graisse 2 Ou

Menues réparations journalières , hors de l'atelier de réparation 3 00

Grosses réparations annuelles.

Savoir : Chaudières , tuyaux ,

pompe alimentaire. 800 Essieux, ressorts, boîtes 500

Coffre du foyer , barreaux 600

Roues et bandages en

fer 500 v

Usure des pistons , pièces de mouvem. 400

2600 soit 7 22

11 faut compter au moins que , de deux machines, une sera en réparation. Ainsi, pour la machine en activité , il faut doubler l’intérêt

du capital de construction ; ce qui fera . . 1 70

Entretien des ateliers et outils de réparation , appointements de l’ingénieur mécanicien quisurveille les réparations ‘ 3 18 '

Total ..... : 37 f.00 c.

Une machine qui coûte ce prix, transporte par jour 90 tonnes à 18 kil., ce qui fait environ Ofr. 022 c. par kilomètre et par tonne.

Au chemin de Liverpool à Manchester, il résulte du dernier rapport (voir à la fin de l’ouvrage) que chaque voyage de machines, avec 4ü tonnes en moyenne, coûte 60 fr., qui sont détaillés comme il suit :

Achat et transport du coke 12f. 70 c.

Chargeurs de coke et fourniture d’eau 1 54

Graisse, huile, chanvre pour les pistons .... 5 70

Tuyaux en cuivre, en laiton, fers et chaudronnerie. 15 00 Ouvriers employés aux réparations à l’atelier . . 1 8 72

Machinistes et chauffeurs 4 05

Réparations hors des ateliers 4 20

Total . . . 60 f. 00 c,

Pour avoir les mêmes données que dans le compte précédent, il faut ajouter à ce chiffre l’intérêt de toutes les machines employées au service de ce chemin. Elles sont au nombre de 54, et représentent un capital de 580,000 fr. L’intérêt à 5 de cette somme forme 29, 000 fr., et doit être réparti sur 5,500 voyages, nombre de voyages d’un semestre ( voir à la fin de l’ouvrage), ce qui donne par voyage 5 fr. 27 c. Ainsi, il en coûte à la compagnie 65 fr. 27 c. pour transporter avec une machine 45 tonnes de Liverpool à Manchester, sur une distance de 48 kil. ; ce qui revient à une dépense de 0 fr., 030 par kilomètre pour une tonne transportée. Il faut observer toutefois que dans ce chiffre se trouve compris l’excédant de dépense nécessaire pour monter le Rain-Hill , qui exige , comme nous l’avons dit , une machine de renfort ; de sorte que le chiffre par kilomètre et par tonne doit être réduit au moins à 2 c. 75 en plaine. Ajoutons que ces machines vont avec une très-grande rapidité et que les prix de main-d’œuvre et de fabrication sont généralement plus élevés en Angleterre qu’cn France.

En moyenne, ou pourra compter que sur un chemin

de fer sensiblement horizontal , dans des localités où le combustible sera à bas prix , et dans l’hypothèse où le transport principal de marchandises est dirigé dans un seul sens, le prix des transports par les machines locomotives reviendra en France à 2,2 c. par kilomètre et par tonne. Dans les mômes circonstances, et le retour se faisant toujours à vide, le prix par les chevaux revient â près de 3 centimes par kilomètre et par tonne. Ainsi , il y a économie de moitié en faveur des machines locomotives.

Dans ces calculs, nous ne faisons pas entrer comme élément la réduction dans le nombre des waggons nécessaires au service produite par la vitesse des machines, et d’un autre côté, nous négligeons la plus grande usure des waggons par celte rapidité de transport. Ces deux quantités étant assez difficiles à évaluer exactement, nous les regarderons comme se faisant sensiblement compensation l’une et l’autre.

Si les retours se faisaient à charge comme les allées, le prix du transport par kilomètre et par tonne diminuerait nécessairement; mais il ne se réduirait pas tout à fait à moitié du prix indiqué plus haut, parce qu’alors les machines seraient plus fatiguées. 11 en serait de même du service des chevaux, ils seraient obligés de faire un plus grand effort au retour , et conséquemment le prix du transport, en les employant, ne se réduirait pas à moitié de î> centimes. Mais, en définitive, l’avantage serait encore plus sensible en faveur des machines, car leur service ne coûterait guère plus de V,7’6 par kil. et par tonne.

Machines locomotives sur une pente de 6 millimètres par mètre. — Je choisirai celte pente de 6 millimètres, parce que c’est à ce taux que l’on peut compter sur la descente régulière des waggons par l’action seule de la pesanteur, tandis que, sur des pentes plus faibles , les courbes les retardent trop facilement. Lorsque les waggons descendent ainsi en vertu de leur poids, l’emploi des moteurs se trouve limité à la remonte.

Pour avoir des données semblables dans nos calculs , je supposerai toujours que le frottement des waggons

est égal à job Ju poids , et non à ^ comme ou l’évalue

avec les petits essieux. En effet, la valeur ^ se rapproche plus de la résistance moyenne éprouvée réellement par le waggon , avec toutes les circonstances accidentelles qui peuvent entraver sa marche dans les courbes ou qui rendent la surface des rails moins propre au mouvement.

Au chemin de fer de Saint-Étienne à Lyon , il existe une longueur de 14 kilomètres sur cette inclinaison de 6 mill. par mètre, et elle est parcourue par des machines et des chevaux employés concurremment à la remonte de waggons.

Chaque machine remonte 20 waggons vides , et fait trois voyages. — Total, 60 par jour. Cet effort est conforme à l’évaluation que nous avons donnée pour la force de ces machines ; car nous avons :

Frottement delà machine. . . 9 t. X 0.005 . . 45k.

Frottement de 20 waggons à

1000 kit. l’un 20 l. X 0.005 . . 100

Pente Machines . 9 l. X 0.006 . . 54

Waggons . 20 t. X 0.006 . . 120

Total. . . 316 k.

Cet effort est un peu moins grand que celui dont la machine était capable sur la pente horizontale, et qui était représenté par une résistance de 543 kilogrammes, entraînée avec une vitesse de 3™ par seconde. Mais les courbes nombreuses que présente celle deuxième portion de la ligne suffiront pour expliquer la différence apparente des deux résultats.

Nous avons donc par jour 60 waggons remontés par chaque machine à 14 kilomètres, mais nous porterons la dépense des machines à 40 fr. au lieu de 37 fr., parce que les machines se dérangent beaucoup plus en agissant sur une pente qu’en terrain plat; ce qui tient à ce que , sur une pente, leur force doit être employée d’une manière continue, tandis qu’én terrain plat elles profitent beaucoup de l’effet de la vitesse acquise.

60 waggons, multipliés par 14 kilomètres , font 840 à un kilomètre. En divisant 40 fr. par ce nombre , le prix d’un waggon remonté à 1 kil. revient à 0 f .047.

Sur cette pente un cheval remonte 3 waggons dans sa journée. Il faudrait donc 12 chevaux pour les 60 waggons. Chaque cheval coûtant 3 fr., le prix du waggon remonté à un kilomètre revient à0 f .07. Ainsi, les machines ont encore un avantage sensible sur les chevaux.

Remarquons toutefois que, pour que la machine puisse faireainsi trois voyages en remonte sansperdrede temps, il faut qu’elle ait beaucoup de facilité pour se dégager aux points de chargement où elle doit laisser un convoi et en reprendre un autre. S’il arrive quelque accident qui entrave le retour de la machine, elle ne peut plus faire trois voyages. Les chevaux ont l’avantage de conduire mieux les waggons au point voulu pour les chargements , et ils se dégagent aisément des embarras de ces portions de lignes qui présentent généralement beaucoup d’encombrement.

Si l’on suppose des chargements en remonte, chaque machine ne pourra remonter que 6 waggons chargés au plus par voyage, ou 18 dans sa journée. Ainsi , si la remonte était moitié de la descente, il faudrait un nombre considérable de machines, semblables à celles du chemin de Lyon; mais ces machines sont certainement au-dessous de celles de Liverpool.

Machines sur des pentes de 10 millimètres par mètre. — A ce taux de pente, la partie du poids de la machine, décomposée suivant la pente, devient trè$sensible.

En prenant 340 kil. pour la résistance qu’une machine peut vaincre, avec sa vitesse ordinaire, on aura sur une pente de 10 millimètres :

Frottement de la machine. . . 9 t. X 0.005 . . 45k.

Poids de la machine 9 t. X 0.010 . . 90

Total . . 135

A déduire de . 340

Reste . . 205 k.

DE CHEM1KS DE FER. 167

Sur cette pente , la résistance d’un waggon vide est égale à

Frottement du waggon. . . 1000 k. X 0.005. . 5 k.

Poids décomposé 1000 k. x 0.0 10 . . 10

Total . . 15 k.

— = 43 waggons environ. C’est donc la charge que

pourrait avoir la machine. Or sa dépense doit être évaluée à 45 fr. au moins par jour, à cause de l’excédant de pente; et de plus, comme il est impossible de la laisser s’accélérer à la descente dans la crainte des accidents, on doit réduire son travail à

30 kilomètres en montée.

50 kilomètres en descente.

Elle montera donc par jour 13 waggons à 30 kil. pour 45 fr., ce qui fait 11°, 60 pour un waggon remonté à un kilomètre.

Sur cette même pente, un cheval exerçant un effort de 60 kil. pourra mener 4 waggons. Mais 4 waggons seraient dans ce cas une charge trop forte pour un travail continu, et pour nous rapprocher de la réalité, il faudra compter sept waggons pour deux chevaux, parce que ceux-ci, comme la machine , sont fatigués par l’excédant de pente. Il faudra deux relais pour faire les 30 kilomètres , et pour mener 14 waggons vides , il faudra 8 che-

vaux à 5 fr. l’un ; ce qui fera 40 fr. , et donnera 9 °« n ‘,5 pour le prix d’un waggon remonté à un kilomètre.

Ainsi il y aura par kilomètre et par waggon vide ou par tonne de remonte, 2°, 10 de faveur par l’emploi des chevaux ; mais aussi on doit admettre que les nouvelles machines pourront exercer un effet plus puissant.

Au-dessus de 10 mill. par mètre commence la possibilité d’appliquer avec avantage les machines stationnaires; mais cet avantage n’est bien réel que vers 115 millimètres par mètre. On peut même regarder cette pente comme une limite obligée ; car, au-dessous, si la ligne n’est pas presque droite, il suffira d’une pluie qui aura sali les rails, ou d’un peu de neige pour que les chariots descendants ne puissent entraîner le câble déroulé par la machine derrière eux; ou bien il faudra que les convois soient très-considérables, ce qui entravera le service. Sur certains plans peu inclinés, dans les temps froids, quand l’huile ou la graisse se gèle dans les boîtes, il faut atteler un cheval en avant pour aider la descente du câble que les waggons ne peuvent plus entraîner. ( Wood , page 112. ) -

Observons qu’il faut toujours admettre que le tonnage sera assez considérable pour couvrir l’achat et l’établissement coûteux des machines stationnaires.

Pour apprécier rapidement leur avantage sur les machines locomotives pour les pentes un peu fortes , telles que 0 m ,01», rappelons-nous que la résistance due au

frottement du câble est environ ^ de son poids, et sup-

posons le convoi de 16waggons ou de 16 tonnes vides tout compris.

— La résistance du convoi de waggons sera :

Frottement . . 16 J,, x 0.005 = 80 k.

Pente . . . . 16 1. X 0.015 = 240

Total . . 320 k.

Supposons que la longueur du relais desservi par la machine fixe soit de 5,000 mètres, et que le convoi soit entraîné avec une vitesse de 3 mètres par 1', comme nous avons calculé précédemment : il faudra un câble pesant un kil. par mètre , ou en tout 5.000 kil.

Résistance due au frottement du câble . . 250 Plus pour son poids décomposé suivant la pente 45

Total . . 295

Ce nombre de 295 kil. représentera la portion de résistance provenant du transport du moteur. *

Si l’on emploie des machines locomotives , avec leur force de 340 kilog. élevée à 3 m par 1% il en faudra deux pour remonter ce convoi.

Car une machine perdra :

Frottement 45

Poids, 9 t. X 0.015 . . 135

Total . . 180 A déduire de . 34Ô

Reste . . 160

Et comme un chariot ou une tonne représentera icijune résistance de 20 kil., chaque machine n’en pourra monter que 8, et fera 20 voyages. Donc, pour les 16, il faudra deux machines qui donneraient 560 kilogrammes pour la résistance due au transport du moteur, et ce nombre est supérieur à celui que donne la résistance du câble.

Supposons qu’on doive remonter par jour 300 waggons vides ; d’après le compte présenté page 112, les frais de la machine fixe monteront à 70 fr. environ par jour : ainsi le prix de la remonte des chariots sera environ 7 centimes par kilomètre. Avec les machines locomotives, chacune ne pouvant faire que 10 voyages complets dans sa journée de 60 kilomètres, remonterait 80 waggons. Ainsi , pour les 500 , il faudrait 4 machines qui , à 40 fr. l’une, coûteraient 160 fr. par jour; le prix du waggon remonté irait donc à 553 cent, pour la distance entière, ou à 17 cent, par kilomètre.

Les chevaux pourraient remonter 5 chariots chacun, en faisant 55 voyages par jour au plus. Chaque cheval mènerait donc 15 chariots pour 55 fr., ce qui fait encore 33 c. par chariot pour la distance entière, ou 11 c. par kilomètre et par waggon. Mais ici les chevaux iraient trop lentement , et on serait peut-être obligé de les réduire à deux chariots i par cheval;

Ainsi , en résumé, en supposant Un tonnage suffisant pour payçr les frais de construction des moteurs mécaniques, lès divers moteurs peuvent être ainsi classés , suivant Ils diverses pentes.

DE CHEMINS DE FBR

Les machines locomotives devront être

employées depuis. . . zéro pente, jusqu’à 8 ou 10 millim. Les chevaux depuis . . 8 à 10 mill. jusqu’à 12 ou 15.

Les machines fixes, de 12 ou 15 mill. aux pentes supérieures.

Mais cette conclusion générale demande quelques observations importantes.

Nous avons vu plus plus haut l’encombrement et l’incertitude qu’apporte dans le service l’établissement de plusieurs relais successifs de machines stationnaires. De là on doit conclure qu’il faut regarder l’emploi de ce moteur comme une nécessité pour un cas particulier, et qu’il faut éviter autant que possible les plans inclinés, où il devient indispensable. Observons de plus que les machines locomotives sont encore dans l’enfance, puisque l’attention des constructeurs habiles ne s’est fixée sur elles qu'en 1830. On est bien parvenu à produire 6 à 700 kilogrammes de vapeur par heure, et même plus: mais une grande partie de cette quantité de vapeur n’agit qu’imparfailement, puisque, dans les machines ordinaires, une production semblable correspond à une force de vingt à vingt-cinq chevaux. Déjà , on est arrivé à des exci tions singulières de force sur le chemin de Manchester, mais les effets remarquables qu’on a ainsi produits entraînent de grands frais de réparation. Toute fois l’avenir est devant nous , et sans aucun doute , l’émulation vivement excitée des constructeurs perfectionnera avant peu les machines locomotives, et parviendra à les rendre capables d’exercer leur action avec utilité , même

sur des pentes de 10 et de 15 millimètres par mètre (1). TROISIÈME SECTION.