CHAPITRE III

La Fusée de Robert Stephenson. — Origine du tuyau soufflant. — Description générale de la machine locomotive. — Machine de M. Crampton. — Machines de MM. Maflfei et Engerth. — Différents genres de locomotives employées sur les chemins de fer.

Avant de donner à nos lecteurs, comme nous nous proposons de le faire dans ce chapitre, une idée générale des machines employées sur les chemins de fer pour la traction des convois, nous ne saurions nous dispenser de nous arrêter quelques instants à l’admirable machine qui valut à son auteur le prix du mémorable tournoi industriel dont nous avons rendu compte à la fin du chapitre précédent.

Ce qui avait surtout contribué au triomphe de la Fusée , c’est que M. Stephenson y avait appliqué le système tubulaire de M. Seguin. Sa chaudière était traversée par 25 tubes seulement, qui donnaient, avec la boîte à feu, une surface de chauffe d’environ 12 mètres carrés. Depuis lors on a successivement augmenté le nombre de ces tubes. On l’a porté d’abord à 50, puis à 75, puis à 100, et eotin à 125, qui est maintenant le nombre ordinaire; et comme la longueur des machines s’est accrue aussi au fur et à mesure , il en résulte qu’à présent la surface de chauffe dans les locomotives est de 60 à 80 mètres carrés.

Mais pour rendre au tirage l’énergie que lui ôtait l’exiguïté du diamètre des tubes , Stephenson , au lieu de recourir, comme M. Seguin, à un ventilateur mécanique, y avait adapté un autre procédé infiniment plus simple, plus éco-

nomique et plus efficace, qui consistait à projeter la vapeur dans la cheminée à sa sortie des cylindres, à l'aide d'un tube qui reçut le nom de tuyau soufflant ou d’échappement .

L'emploi d’un jet de vapeur lancé avec force dans la cheminée d’un foyer pour activer la combustion était connu depuis l'antiquité. L’architecte romain Yitruve, et d’après

lui Philibert Delorme, l'avaient indiqué comme un excellent

moyen pour empêcher les cheminées de fumer ; mais la première application industrielle qui en ait été faite est due, autant que l’on sache, à M. Manourçy-Dutot, qui prit, au mois d’août 1818, des brevets d'invention et de perfectionnement pour divers moteurs, auxquels il appliquait la propriété d'entraînement, qu’il avait constatée dans un jet rapide d'un fluide quelconque, eau, air ou vapeur. Il proposait entre autres, pour remplacer les souffleries mécaniques des hauts fourneaux , des tubes dans lesquels un jet de vapeur effilé déterminait la production d’un énergique courant d’air. Cette disposition est aussi celle qu’on emp'oie pour brûler, à courant d’air forcé, l’anthracite, et d’autres combustibles maigres, sur les grilles des machines fixes.

Quelques auteurs ont attribué à notre compatriote Pelletan la première application du tuyau soufflant aux machines à vapeur; mais ce fut seulement en 1830 que ce physicien en fit usage pour quelques moteurs fixes, et pour celui du bateau à vapeur la Ville de Sens, qui faisait le service de la haute Seine, tandis que George Stephen son l’avait adapté presque dès le principe aux locomotives construiles par lui pour le chemin de fer de Killinworth et pour celui de Stockton à Darlington. Robert Stepheuson lui- même, en l'introduisant dans sa Fusée, n’avait donc fait que mettre à profit une des fécondes idées de son père.

Toutes les locomotives, la plupart des autres machines fixes employées dans l’industrie et de celles qu’on établit à

bord des steamers, sont maintenant pourvues de ce précieux appareil.

L'effet du tuyau soufflant est dû à deux causes distinctes et consecutives. La première est Faction purement mécanique du jet de vapeur qui chasse violemment l'air de la cheminée; la seconde est la condensation que cette même vapeur éprouve presque instantanément, et qui fait dans la cheminée un vide incessamment i empli par les produits gazeux de la combusion. Outre ce vigoureux appel d'air quelle détermine dans le foyer, la tuyère d'échappement rend encore un autre service très -appréciable, en opérant le ramonage continuel de la cheminée, qu’on est ainsi dispensé de nettoyer.

Ce que nous venons de dire suffit déjà pour que nos lecteurs puissent se représenter dans son ensemble les trois parties principales qui constituent, dans la locomotive, l’appareil producteur de force. Il n’est pas un d’entre eux, du reste, qui n’ait eu occasion d’examiner avec plus ou moins d’attention les locomotives qui circulent sur nos chemins de fer. Il nous reste donc peu de chose à dire pour leur en faire comprendre le mode de fonctionnement.

En thèse générale, une locomotive est une machine à haute pression , dont la force est employée en partie à la traîner elle-même, en partie à remorquer les convois auxquels elle est attelée. Ses éléments essentiels se distinguent aisément à la simple inspection, et il ne faut pas posséder des connaissances bien approfondies en physique et en mécanique pour deviner le rôle de chacun d'eux.

A la partie postérieure, et en avant de la galerie ou terrasse où se tiennent le chauffeur et le mécanicien , on aperçoit le foyer, ou plutôt la boîte à feu . C’est une chambre carrée, divisée dans sa hauteur en deux compartiments inégaux par une grille, tantôt horizontale, tantôt inclinée, tantôt enfin étagée, ou à gradins , suivant la disposition qu'on préfère

pour obtenir une combustion complète du charbon (houille ou coke ) dont on charge cette grille. Le fond de la boîte à feu est formée par le cendrier, qui est incliné d’arrière en avant, de manière à présenter de ce côté une sorte de gueule où l’air s’engouffre avec force par le fait seul de la progression rapide de la machine, ce qui favorise beaucoup le tirage.

La paroi postérieure du foyer présente l’aspect d’un véritable crible. Les nombreux trous circulaires qu’on y voit ne sont autre chose que les orifices des conduits de flamme destinés à diriger les produits de la combustion vers la boîte à fumée, après leur avoir fait traverser la chaudière.

Ce cylindre allongé, revêtu d’une élégante enveloppe de bois , qu’à son volume , ou plutôt à l’étendue de sa surface , on est porté à considérer comme hors de proportion avec le reste de la machine , — bien que sa capacité, déduction faite de l’espace occupé par les conduits de flammes, par le conduit de vapeur, soit en réalité peu considérable, — ce cylindre constitue la chaudière ou le générateur tubulaire.

L’eau de ce générateur enveloppe de toutes parts la boîte à feu, dont les murailles sont, à cet effet, formées d’une double paroi en feuilles de tôle parfaitement étanches. Sur la croupe de la chaudière, et faisant corps avec elle, on remarque au-dessus de la boîte à feu un sorte de cloche ou de protubérance arrondie assez élevée. C’est le dôme ou réservoir à vapeur. C’est là que se fait la prise de vapeur, à l’aide d’un large tube coudé, dont l’extrémité s’élève à une certaine hauteur dans l’intérieur du réservoir, puis traverse la chaudière en longeant son arête supérieure, et en sort pour se bifurquer en deux branches, dont chacune se rend à l’un des cylindres. Le conduit de vapeur est muni d’une soupape qui s’ouvre et se ferme à volonté, à l’aide d’une manivelle placée sous la main du mécanicien. Quand cette soupape est ouverte, la vapeur arrive par le tube dans les cylindres , fait jouer les pistons, et par eux met la machine

en mouvement. Si , au contraire , on ferme l’orifice, le passage de la vapeur étant iutercepté, les pistons cessent de fonctionner, et la locomotive ne tarde pas à s’arrêter.

Comme l’eau de la chaudière s’épuise par la vaporisation, il est nécessaire de la remplacer, sans pour cela suspendre le mouvement, comme on le faisait dans les anciennes voitures à vapeur. Au fur et à mesure que l’eau disparaît du générateur, de nouvelles quantités de ce liquide y sont amenées à l’aide d’une pompe alimentaire, qui, mise en jeu, comme le reste du mécanisme, par les tiges des pistons, puise l’eau dans uu réservoir ou bâche , porté par le tender, et la refoule dans la chaudière. Cette eau est déjà amenée à uue certaine température par un serpentin dans lequel circule une partie de la vapeur qui sort des cylindres.

La chaudière d’une locomotive est , comme celle des machines fixes, munie de soupapes de sûreté qui, lorsque la vapeur acquiert une tension trop forte, s’ouvrent pour en laisser échapper l’excès. Elle porte aussi un indicateur du niveau d'eau, et un manomètre à air comprimé. Ce dernier instrument consiste en un tube à deux branches fermé à l’une de ses extrémités, et communiquant par l’autre avec le réservoir à vapeur. Entre la colonne de mercure à l’extrémité fermée on a laissé une certaine quantité d'air qui s’oppose à l’ascension du mercure. Il s’établit dès lors entre la pression de la vapeur et celle de l’air une lutte qui se manifeste par les oscillations du métal liquide. L’amplitude de ces oscillations , ascendantes ou descendantes , est indiquée par des degrés tracés sur une échelle qui accompagne le tube , qui donne ainsi la mesure exacte de la tension de la vapeur.

Les cylindres, toujours au nombre de deux, sont placés horizontalement, ou dans une direction légèrement inclinée , en avant et de chaque côté du générateur, tantôt en dedans , tantôt en dehors du train. La machine est dite, dans le pre-

mier cas, à cylindres intérieurs ; dans le second cas, à cylindres extérieurs . A chaque cylindre est adapté un tiroir dans lequel un levier coudé ouvre alternativement les deux orifices correspondant aux deux faces du piston. Le levier est commandé par deux excentriques portés par l'essieu moteur, et communiquant avec un autre levier que manœuvre le mécanicien. L'un de ces excentriques est celui de la marche en avant ; l’autre, celui de la marche en arrière . En effet, il est souvent nécessaire de faire reculer la locomotive, et il est important, d’ailleurs, de pouvoir la faire marcher dans un sens quelconque sans être obligé pour cela de la retourner, ce qui exige l’emploi des plaques tournantes, et une manœuvre assez longue et assez pénible. La disposition que nous venons de signaler donne donc au mécanicien la faculté de renverser la vapeur, c’est-à-dire de la diriger contre les deux faces du piston dans l'ordre inverse de celui qui a pour effet de déterminer la marche en avant.

Chaque tige de piston se meut dans une rainure à l’aide de deux glissières fixées à son extrémité. Elle est articulée à une longue tige ou bielle qui agit sur un bouton fixé à la roue motrice correspondante , à une certaine distance de l’axe ou essieu. Les roues motrices font, de cette manière, l'office de volants , en même temps que leur progression entraîne celle des autres roues, dont le seul rôle est de supporter la machine. Les bielles partant de chaque cylindre sont croisées à angle droit , en sorte que l’une d’elles se trouve au point le plus avantageux de sa course , quand l’autre est au point le plus faible, ou , comme on dit , au point mort, ce qui rend le mouvement uniforme et régulier.

Les roues d’une locomotive sont toujours au nombre de six au moins, y compris les roues motrices. La vitesse de la machine dépend en partie du diamètre de ces roues, puisque le nombre des évolutions quelles exécutent étant toujours proportionnel à celui des coups de piston , et partant toujours le

même dans un temps donné, la distance qu’elles parcourent sur les rails est en raison de l’étendue de leur circonférence. Il y a donc avantage à donner à ces roues le plus grand diamètre possible. Ce diamètre n’avait pu néanmoins, jusqu’en 1851, être porté au delà d’une certaine limite, parce qu’on avait coutume de placer la chaudière au-dessus de l’essieu des roues motrices, et qu’on ne pouvait la suspendre à une trop grande élévation sans compromettre l’équilibre et la sécurité de la locomotive et du convoi. Un ingénieur anglais, M. Crampton, eut alors l’idée de reléguer les roues motrices derrière la machine, en laissant celle-ci reposer sur des roues ordinaires, ce qui permettrait de donner aux premières un diamètre illimité, et d’obtenir par conséquent une rapidité de marche bien supérieure à celle dont on s’était contenté antérieurement. La première machine construite d’après ce système est sortie des ateliers de Stephenson. Ses roues motrices avaient 97 centimètres de rayon, et elle atteignit, pour son coup d’essai, la vitesse foudroyante de 100 kilomètres à l’heure. Les locomotives Crampton ont été employées en France, sur les lignes du Nord et de l’Est, où elles ont fourni des vitesses moyennes de 75 à 80 kilomètres à l’heure. Mais l’expérience y a fait reconnaître divers inconvénients, et, chez nous du moins, l’usage ne s’en est point répandu.

Nous avons dit plus haut que les locomotives ordinaires pouvaient, sans difficulté et sans ralentir beaucoup leur marche, faire remonter à des convois médiocrement lourds des rampes d’une faible élévation. Mais à mesure que la circulation des marchandises sur les voies ferrées a pris plus de développement, on a pu se convaincre combien cette faculté était peu en rapport avec les exigences du service.

Il est, en effet, des pentes assez rapides que les constructeurs ne peuvent éviter, à moins de faire faire au chemin des détours interminables, ou de recourir à des travaux d’art excessivement longs et dispendieux. D’autre part, on ne peut

transporter les marchandises avec économie d’un pays à l'autre qu'à la condition d’en transporter beaucoup à la fois, en faisant traîner des convois très -longs et très -lourds aux locomotives affectées à ce genre de service. Or il est des rampes que ces convois de marchandises ne pouvaient surmonter, parce qu'on ne possédait pas de machines assez puissantes et susceptibles d’une assez forte adhérence sur les rails ; tel était notamment le cas de la rampe de Sommering , sur le chemin de fer de Yienne à Trieste. Le chemin présente, en outre d'une pente continue de 25 millimètres, plusieurs autres rampes beaucoup plus rapides, et une série de sinuosités dont le rayon de courbure, en maints endroits, ne dépasse pas 180 mètres.

En 1845, le gouvernement autrichien, s’inspirant sans doute de l'exemple donné jadis par la compagnie du chemin de fer de Liverpool à Manchester, ouvrit un concours pour la construction des locomotives à petite vitesse, pouvant traîner des convois très-pesants, sur une voie semblable à celle qui relie Trieste à la capitale de l'empire. Le prix fut adjugé à la Bavaria, sortie des ateliers de M. Maffei, de Munich. La machine de ce constructeur, perfectionnée en 1853 par M. Engerth, conseiller technique à la direction générale des chemins de fer de l'État, en Autriche, a reçu le nom de machine -tender, parce qu’en effet le tender fait corps avec la locomotive, et porte même, sur l’essieu de ses premières roues, une partie de la chaudière. La locomotive elle -même repose sur quatre paires de roues, dont trois sont couplées, c'est-à-dire reliées entre elles et avec la tige du piston par des bielles, en sorte qu’elles exercent toutes une part de l’action motrice. La première paire de roues du tender est également reliée à la quatrième paire de la locomotive par un système de roues dentées. Ces dispositions donnent à la machine de MM. Maffei et Engerth une extrême stabilité, et une prise très-forte sur les rails, où son adhérence est encore augmen-

tée par son poids, qui est énorme. En outre, son tender est pourvu d’une articulation , ou cheville ouvrière, qui permet à la machine de tourner indépendamment de lui, à peu près comme l’avant -train des voitures tourne sans engager l'arrière- train dans sa conversion. La locomotive des ingénieurs autrichiens est à cylindres extérieurs. Ses roues sont d'un petit diamètre.

En résumé, l’on admet aujourd’hui sur les chemins de fer trois classes de machines, savoir :

1° Les locomotives à voyageurs , destinées à produire une grande vitesse , mais douées d’une puissance de traction relativement médiocre; leur unique couple de roues motrices est placée, soit au milieu, comme dans le système ordinaire, soit à l’arrière, comme dans le système Crampton ;

2° Les locomotives à marchandises, dont la marche est plus lente, mais dont la puissance de traction est considérable : la machine Engerth offre le type le plus complet de ce genre de moteurs ;

3° Enfin les locomotives mixtes, qui, comme leur nom l’indique, tiennent le milieu entre les deux autres genres, et qui, possédant une vitesse et une force moyennes, sont attelées à des trains portant à la fois des voyageurs et des marchandises.

Les premières, par leurs formes élancées et la rapidité de leur allure , représentent le fringant et fougueux cheval de course; les secondes, plus pesantes, mais aussi plus robustes, rappellent le cheval de trait, ce précieux auxiliaire du laboureur; enfin les troisièmes peuvent être comparées à ces bêtes à deux fins que le bourgeois de campague attelle tantôt à sa charrette, pour rentrer le foin, tantôt à son cabriolet, pour aller rendre visite à ses voisins.

CHEMINS DX PKK