RAPPORT SUR LE SYSTEME DE CHEMIN DE FER ATMOSPHÉRIQUE

DE M. ARNOLLET.

« Au chemin de Dalkey, Pair du tube est directement raréfié, à Paide d'une pompe à air mue par une machine à vapeur. Cet appareil marche avant et pendant le parcours d'un convoi, mais reste ensuite inactif. Ainsi, dans le système atmosphérique anglais , une très-forte machine exécute un grand travail durant huit à dix minutes , et se repose une heure ou plus ; il est nécessaire cependant que la température de la chaudière se conserve pendant l'intermittence , pour que l'appareil soit toujours prêt à fonctionner. Les dépenses, les pertes et les autres inconvénients qui naisseut de cette marche discontinue , ont engagé M. Arnollet à proposer un moyen de raréfaction différent. Dans son système , une machine de quelques chevaux de force serait constamment employée à raréfier l'air de trois

PUBLICATION INDUSTIUELLR.

réservoirs, ayant chacun une capacité ou moins égale à celle du tube, ou d'un seul de capacité triple ; on ferait communiquer ces réservoirs , lorsque la pression n'y serait plus que de 1/3 d'atmosphère, avec le tube contenant de Pair ordinaire, et où s'établirait bientôt une pression moyenne de 1/2 atmosphère; cette raréfaction ferait marcher le piston et le convoi ; à la fin du voyage , l'air, totalement refoulé dans les réservoirs, atteindrait la pression de 2/3 d'atmosphère, et l'action continue de la machine ramènerait de nouveau cette pression à 1/3.

« Pour montrer les avantages de son système, M. Arnollet suppose un chemin de fer devant effectuer, à la vitesse de 60 kilom. à l'heure , un transport annuel de 2,500,000 tonnes, poids net en voyageurs et marchandises, ou par jour 700 tonnes distribuées sur dix convois Ce chemin serait divisé en relais de 5,000 mèt., chacun d'eux étant desservi par un moteur atmosphérique partiel. L'auteur trouve qu'il faudrait une machine de 126 chevaux pour raréfier l'air dans un tube de 6,000 mèt. de longueur et de 39 centim. de diamètre , si Ton adoptait le système anglais ; tandis que l'application du moyen qu'il propose n'exigerait , dans la même circonstance, qu'une machine de 8 chevaux , c'est-à-dire d'une force seize fois moindre. Ces nombres supposent que la longue soupape , qui ferme l'orifice longitudinal du tube, ne laisse pas entrer d'air. M. Arnollet déduit de plusieurs expériences rapportées par M. Mallet, que l'appareil de Dalkey subit une rentrée de 15 mèt. cubes d'air par kilomètre et par minute. En adoptant ce résultat, l'auteur trouve que la force de sa machine devrait être portée de 8 chevaux à 10 ; mais , comme ce défaut de l'appareil et la perte de force qu'il occasionne ne sont pas encore suffisamment étudiés, nous en ferons abstraction dans la comparaison des deux systèmes.

• Plusieurs notes jointes à ce Rapport donnent, pour les deux cas , le calcul de la force employée et de l'effet obtenu. Dans le système anglais, le travail utilisable dépensé , tant que la machine marche , est exactement égal au travail produit La perte de forre est donc totalement celle que représente le combustible consumé pendant l'intermittence. Si l'on adopte 1/3 d'atmosphère pour la pression de l'air du tube, on trouve que la machine doit agir pendant un temps à peu après double de celui que le convoi met à parcourir le relai. La première moitié de ce temps est employée à raréfier l'air du tube avant le départ, depuis la pression extérieure jusqu'à 1/3 d'atmosphère.

■ Quant au système proposé par M. Arnollet, si l'on adopte 1/3 d'atmosphère pour la pression que la machine ramène dans les réservoirs , le calcul montre que le travail utilisable dépensé est au travail produit dans le rapport de 5 à 3, d'où résulte une perte de force de 40 pour 100. Cette perte a lieu lorsqu'on fait communiquer les trois réservoirs où la pression est de 1/3 d'atmosphère, avec le tube rempli d'air à la pression extérieure, afin d'obtenir la pression moyenne de 1/2 atmosphère. Car, s'il avait été possible d'aspirer directement la moitié de l'air contenu dans les quatre capacités réunies, ce qui eût conduit, comme pour le système anglais, à l'égalité entre le travail dépensé et le travail produit, on eût évidemment employé moins de force à expulser les trois premiers sixièmes de l'air remplissant le tube, qu'à expulser, comme on est obligé de le faire , le quatrième sixième de l'air des trois réservoirs. Dans le fait , les deux premiers tiers de la masse d'air primitivement contenue dans les réservoirs sont expulsés une fois pour toutes ; mais l'air du tube, refoulé par le piston voyageur, vient remplacer le second tiers de cette masse primitive , et c'est la force employée à l'expulser de nouveau qui compose en totalité le travail utilisable dépensé pour chaque convoi. Or, on

trouve par le calcul , et on l'admettra aisément, qu'on allégerait ce travail d'au moins 40 pour 100, en substituant à la seconde moitié, la plus pénible de sa tâche, l'extraction à masse égale, et comparativement si facile, de la première moitié de l'air contenu dans le tube : substitution qui le rendrait précisément égal au travail produit.

■ D'après ces résultats théoriques, en supposant que les frais d'établissement de l'un et de l'autre système pussent être égaux , si les convois se succédaient à des époques assez rapprochées, ou si I on prenait des précautions suffisantes pour que le combustible consumé pendant l'inaction de la machine anglaise fût au plus les deux tiers du combustible dépensé lors de son action, les deux systèmes auraient on mérite égal, et il n'y aurait aucune raison d'économie pour préférer l'un à l'autre.

« C'est à ces termes simples que se réduit la comparaison des deux systèmes , quels que soient , d'ailleurs, la longueur des relais , la vitesse de marche des convois , la force de traction qui correspond à cette vitesse, le tonnage à transporter, la difficulté des pentes à franchir. Est-il réellement impossible que le système anglais puisse remplir les conditions nécessaires, pour que sa dépense ne surpasse pas celle du système de M. Arnollet ? C'est ce qu'il n'est pas permis d'affirmer aujourd'hui.

• Une donnée pratique manque pour comparer les frais d'établissement. On peut bien évaluer le prix de la puissante machine exigée par le système anglais, et celui de l'appareil pneumatique, non moins coûteux , qu'elle mettrait en activité. Mats pour le système de M. Arnollet, outre sa faible machine et sa pompe à air de petite dimension, il y aurait à construire trois réservoirs, imperméables et solides; construction dont il paraît difficile , sinon impossible , d'évaluer la dépense avec quelque exactitude. La capacité de chacun de ces réservoirs devrait être , suivant M. Arnollet, de 6 à 800 mètres cubes , et en réalité beaucoup plus grande , comme nous le prouverons bientôt. Il faudrait que les parois fussent de nature à s'opposer sûrement à toute rentrée d'air, assez épaisses et convenablement étayées , pour résistera un excès de pression de 7 tonnes environ par mètre carré de surface, tendant à les rapprocher. Le prix de trois bâtiments d'un genre si nouveau, remplissant suffisamment tontes ces conditions, serait-il moindre que l'excès considérable de dépense, en machines et pompes à air, exigé par le système atmosphérique anglais ? nous ne saurions le dire à priori, et nous pensons que tout ingénieur impartial garderait la même réserve.

• Plusieurs praticiens se sont proposé récemment de rechercher les précautions à prendre pour diminuer, autant que possible, la dépense en combustible durant les intermittences de l'action d'une machine à vapeur. On cite une expérience remarquable faite, sur une chaudière ordinaire, dans les ateliers de M. Lemattre, à La Chapelle; d'après cette expérience, plusieurs fois répétée, une interruption d'une heure, suivie d'une émission de vapeur, durant dix à douze minutes, n'occasionnerait qu'un excès de consommation de combustible d'un tiers en sus. Lors des interruptions, on fermait soigneusement toute issue à l'entrée et à la sortie des gaz au-dessous de la chaudière ; lors des prises de vapeur, toutes les issues étant, au contraire, ouvertes, on activait la combustion pendant deux à trois minutes, à l'aide d'un ventilateur. Si ce fait se vérifie, la dépense en combustible n'est pas une objection sérieuse pour le système atmosphérique anglais.

• D'ailleurs la perte de force que représente l'excès de consommation du combustible disparaîtrait bientôt ; car, suivant l'opinion émise dans une autre enceinte

par l'un de nous, M. Arago, les usines qui réclament ordinairement la puissance incertaine des cours d'eau ou du vent , et d'autres encore , viendraient se grouper autour des puissantes machiues du système atmosphérique anglais , pour utiliser une force régulièrement disponible, autrement sans emploi, et que cette circonstance même rendrait peu coûteuse. Il en serait tout autrement de l'excès de travail dépensé par le système de M. Arnollet: sa perte serait irrémédiable, et sans proOt pour personne.

« Les calculs qui ont servi de base à la comparaison que nous venons d'établir font abstraction de plusieurs causes de perte de force, telles que les rentrées d'air par les soupapes, les inégalités de pression qui doivent exister dans le tube, réchauffement du corps de pompe dû à la compression de l'air expulsé, et d'où résulte la dilatation de l'air aspiré ; toutes circonstances qui exigent une augmentation de travail dépensé. Mais on manque de données précises pour évaluer avec exactitude cette augmentation , qu'il faudrait d'ailleurs appliquer aux deux systèmes.

« Toutefois, nous devons le reconnaître, le système de M. Arnollet se trouve dans de meilleures conditions que le système anglais pour atténuer les pertes dont il s'agit. Le temps pendant lequel la soupape longitudinale laisse rentrer de l'air est plus court. Lorsqu'on raréfie l'air des réservoirs, les inégalités de pression doivent être incomparablement plus petites que dans le tube, long et étroit, sur lequel la machine anglaise agit directement. Enfin, la durée beaucoup plus longue de l'action du moteur, et la petitesse relative de l'appareil pneumatique, permettent d'augmenter ses dimensions et de ralentir sa marche, de manière à diminuer beaucoup réchauffement du corps de pompe.

« M. Arnollet semble admettre, dans son Mémoire, qu'une force de traction de 4 kilogr. par tonne, laquelle est tout au plus suffisante pour faire partir un convoi, suffit encore lorsque la vitesse est de 60 kilom. à l'heure, ou de 16 mèt. 65 à la seconde. Ce nombre est évidemment beaucoup trop faible. Plusieurs observations faites sur les chemins de fer des environs de Paris ont conduit à une formule empirique fort commode, pour représenter le coefficient de la traction ; cette formule, qui se compose d uo terme constant, et d'un autre proportionnel au carré de la vitesse , donne une traction de 13 kilogr. par tonne pour la vitesse de 16 met. 65. On a observé, sur le chemin de Versailles (rive gauche), qu'un convoi descendant librement sur une rampe d'un centième, acquérait une vitesse uniforme de 1S à 14 mèt; ce qui donne 10 kilogr. par tonne pour la traction correspondante à cette vitesse. Ces deux nombres sont évidemment concordants, mais ils sont certainement exagérés quand il s'agit de forts convois ; car la formule citée suppose que l'accroissement de la traction totale qui résulte de la vitesse, est proportionnel au poids ; ce qui ne saurait être, puisque la résistance de l'air, d'où dépend cet accrois* sèment, doit s'exercer principalement sur les premiers wagons, et n'augmenter qu'assez faiblement avec le nombre de ceux qui les suivent.

• En adoptant toutefois la traction de 13 kilogr. par tonne, qui représente une limite opposée à celle de 4 kilogr. , et se servant des formules démontrées dans les notes annexées à ce Rapport, on trouve que, pour obtenir une vitesse de 60 kilom. a l'heure, avec des convois de 120 tonnes, poids total, il faudrait, à chaque relai de 5,000 mèt. seulement, soit une machine de 200 chevaux, soit une de 20, mais avec trois réservoirs ayant chacun une capacité de 2,000 mètres cubes, ou un seul de c,000! Ce sen.it, des deux paru, acheter bien cher l'avantage de donner, à une

masse énorme, une vitesse excessive, dont les dangers sont effrayants et sans remède. Avec des convois de 50 à 60 tonnes au plus, et une vitesse de 30 à 40 kiiom. à l'heure, la dépense serait trois à quatre fois moindre, et la gravité des accidents disparaîtrait. L'économie et la prudence sont ici d'accord pour assigner une limite à l'exagération des avantages que peuvent offrir les chemins de fer.

« Malgré les incertitudes qui ne permettent pas encore de reconnaître la supériorité que M. Arnollet attribue à sou système dans toutes les circonstances, nous pensons néanmoins que , dès à présent , ce système pourrait être appliqué avec avantage sur un chemin de fer destiné à des convois peu multipliés , et marchant avec une vitesse modérée , surtout s'il était possible de distribuer ces convois à des intervalles de temps égaux , pendant les vingt-quatre heures du jour et de la nuit.

• Quoi qu'il en soit, le Mémoire de M. Arnollet, qui contient des remarques utiles et des vues ingénieuses, traite une question importante que l'expérience et la pratique peuvent seules résoudre complètement. ■

Les conclusions de ce rapport sont adoptées.