CHAPITRE III

APPLICATIONS T)ES DÈCOt'VERTF.S DE LA SCIENCE nv T>E l'iNDI STHIE EN GÉiNÉRAL, A LA Ci^.NbTUUCTlON DES LOCOMOTIVES.

1 1". — Conditions spéoialos qui sont propres aux diemins de fer des dUIferente paye. — Comparaleon entre la Franoe et l'AnyleteiTe.

L'application aux loroinolivos des découvertes que h scienec ou l'esprit d'invention introduisent dans l'industi'ie en général, constitue un progrès lent, mais très^pparent. L'amélioration continue des matières premières, particulièrement des métaux, quant à leurs conditions de résistance et d'emploi < i à leur prix , est une première cause de ces progrès. Les progrès des sricnccs mécaniques et de la pliNMtjiie sont une seconde cause également permanente et etiicace. Enfin, le flot des inventions qui se produisent journellement au milieu de l'activité industrielle en est la troisième.

Il ne semble pas douteux que la propagation rapide des faits et des rèfjles qui constituent aujourd'hui l'art de construire les locomotives, et d'en adapter les dispositions aux services qu'elles ont à effectuer, n*ait fait marcher, partout i la fois, le progrès du même pas. Cependant nous aurons à rechercher si, entre les nations exposantes, il en est qui ont utilisé les chemins de tir avec une supériorité marquée sous le rapport de la rapidité et de réionomie des transports.

Cette supériorité mesure d'abord par les difficultés que chaque nation a eu à vaincre. Examinons celles qui incombent à la France.

Pour la rapidité de marche des machines^ deux nations

seuit's critrent en concours : rAngleterre et la France. On reconnaîtra sans doute que la somme des intérêts qui e&igeot la rapidité absolue des communications est relativement moindre en France qu'en Angleterre, parce que l'activité industrielle des populations y est moins grande proportionnellenicnl à la surface territoriale ; mais, par suite des longues distances à franchir, la France doit r(^jx)ndre à des exigences de vitesse ibrt impérieuses. De plus, la brièveté des trajets dans un certain nombre de cas et Texcellente qualité du combustible, permettent en Angleterre l'usage d'appareils de moins fortes dimensions et de moindre puissance qu'en France, où les longs trajets obligent plus halutuellement les trains express à recueillii* sur leur passage tous les voyageurs qui veulent participer aux avantages de la vitesse.

Expliquons-nous sur la brièveté relative des trajets : en Angleterre, sur les trois chemins de fer où la rapidité absolue des trains express est sup<^rieure à celle des trains de même esjièce sur nos six grande^s lignes, ces trains rencontrent de graudes chés; mais à mesure qu'il se rappix)che de Liondres, les villes ayant déjà été desservies par des trains rapides et nombreux, l'express ne a'arréte plus, et la composition du train ne dépasse [kis, à son arrivée à Londres, le l»oids de dix de nos lourdes voitures. En 1 r ince il en est autrement : l'express se complète , et son poids en voyageurs et en voitures s'accroît à chaque ville qull traverse, de sorte que sur les derniers 300 kilomètres de son arrivée à Paris, son poids dépasse de beaucoup celui des trains express anglais. La France rencontre donc des difficultés plus grandes que l'Angleterre pour rétablissement des trains rapides. Xous aurons à comparer sur ce jioînt les moyens dont ces deux nations disposent et ceux qu'elles ont employés.

Quant au transport des choses, la condition principale est réconomîe. L'Angleterre a encore ici l'avantage des courtes distances, et celui, en outre, d'une participation considérable de la navigation maritime dans ses transports et de voies

328 CLASSE V. — SECTION IIL

iiavjf5'aljl('s ])lus porteclioimccs (juc parloiit ailleurs. Le rôle des chemins de 1er y est plus partagé, et par couséqucut plus facile.

En France et chez les nations continentales, plus qu'en An^eterre on exige souvent des chemins de fer des trm» ports à longue distance pour les choses comme pour les personnes. Le pi i\ (lu iransport y constitue pour les produits de la terre, pour les produits minéralogiques et pour les maUèros premières de l'industrie sur les lieux de consommation ét d'emploi, une part plus forte dans le prix toUl qu*en Angleterre. L'économie des transports y est donc plus impérieuse.

S 2. — > CSomlnartloiii. — La tamiina orne ma Uea du ooiko. lUMfiCÊâUSom dm to/fun.

Ce qui s'offî^e en première ligne à l'attention, et comme

article principal entre les clcnicnts du prix des traiis|>orts \idy diuniiii de 1er, c'est l'emploi du combustible. On demande aujourd'hui aux foyers des locomotives de bnUer complètement toute espèce de houille ; on ne yeut rien perdre des gaz comhustibles ou de la fumée produite dans certames phases de la combustion ; on tient, en outre, à conserver h ces foyers leur élaslieitf^, c'est-à-dire la faculté d'y praporLionner l'activité de la coiabustion au travail à produire, faculté dont ils jouissent spécialement, et qui est due à la relation qui existe entre l'échappemeiit de la vapeur et la résistance qu'(>[)rouve la machine. |

Ces deux conditions sont essentielles, en etlel, et à ce point de MM' il faut reconnaître que la disposition de foyer qui li's ' réunirait et qui, d'un autre coté, permettrait l'emploi de iâ houille sous la forme qui s'obtient au plus bas prix, devrait prendre le premier rang.

Ce rang appaitiendrait aujourd'hui à la Belgique pour le foyer lielpairc. Auus eu iudiquerous le tacrile m boa lieu.

LOcoMoriVES. 329

La France présente à rExpo&ition, à part rapplication du foyer Belpaîre» deux dispositions de foyers fumivores ; le foyer de M. Tembrinck et celui de M. Voni-Fontenay. Nous

décrivons plus loin ces appareils.

I.ps avantages de l'emploi de la houille au lieu du coke âont aujourd'hui manifestes, tant au point de vue de Téconomie que de la facilité d'actÎTer la coDibustiou; l'innocuité en ce qui concerne la fîunée est préalablement indispensable pour le service des voyageurs, et cette innocuité est d>tenue, binon complètement, an moins suffisamment, par les appai*eils fumivores de MM. Icnibrinck et Îoni-Foiiteuay avec remploi de certaines houilles. Maïs ce n'est pas là une de ces solutions que Tindustrie puisse considérer comme définitive. La fumivorité n'est , en eifet, qu'un côté de la question. Il est encore à craindre qu elle ne soit obtenue au prix d'un certain ralentissement de la conibusùoii qui terait perdre au foyer de la locomotive une partie de cette élasticité qui doit être sa qualité première. Les foits établissent que la diveraité si grande des houilles^ que leurs divers états* gros, tout venant ou menu, amèneront une variété correspondante dans les dispositions des loyeis. L;i 1 i aiice n'est pas heureusement partagée sous le rapport des quuiiLcs de houille. Nonseulement ces qualités et celles du coke qui en provient la frappent d'infériorité , mais les divers bassins houillers diffèrent notablement entre eux quant à la nature de la houille. 11 est donc indispensable que les appareils y offi^t plus qu'ailleurs des dispositions spéciales, suivant la nature du combustible.

Far ces motifs, et en présence de la diversité des bouilles dont les réseaux français disposent, on peut conclure que les foyers Tembrinck et Toni-Fontenay constituent une amélioration «lif ne (l'eiieouragements : le premier est de beaucoup le plus cumplet ; il a trouvé des j)artisaiis j)ai nu les ingénieurs les plus compétents par leur expérience personndln. La Compagnie d'Orléans en lait une tfè84arg!e af^li-

330 CLASSE V. — SECTION Ili.

cation; mais ces appareils ne peuvent être considérés comme le dernier mot de l'emploi de la houille dans les foyers des

machines locomotives.

i 3* Prodnotloii «t amplol utikè d» la vapeur.

Les foyers, considérés an point de vue de la combustion, ne composent qu'une partie du générateur. Nous examinerons ici le g(MK''rak'iir dans son Piiseniblc, j)oiir étudier l<»s pro^MVs réalisés par les dispositions j)ropres à assiuer le mieux rabondantc production et Tutilisation de la vapeur.

L'étude de la production de la vapeur, en ce qui concerne les proportions convenables des dimensions des foyers avec les sections et les surfaces tubulaîres, a fait un progrî's qui, quoique peu sensible, n*en mérite pas moins d'être constaté. Les ingénieurs sont aujourd'hui en possession dt; données plus sûres, quant aux relations de la section tubulaire avec la quantité et la nature du combustible à brûler ou de la surface des tubes, c'est-à-dire quant au choix à faire entre le nombre et la surface des tubes.

C'est ainsi qu'il résulte d'exiW'i'iences et (robservalions suivies par la Compagnie du Nord, que le rapport à établir entre la section totale des tubes et la sectioo des passages d'air de la grille dépend de la nature du combustible et de l'activité à donner à la combustion, et que ce rapport doit avoir pour but de ne pas augmenter l'effet des résistances du tirage, et par conséquent de ne pas dnmnuer i eiJct utile de l'échappement.

La Compagnie d'Orléans ^ de son cdté, s'est attachée avec persévérance à rechercher le rapport convenable entre la section totale des tubes et la surface de la grille, et elle s'est arrêtée au ra{)poi-t de 1 à fî. C'est d'apre'S ces données que les dimensions de ces parties de la machine exposée eu dessin par cette Compagnie (machine ù quatre essieux couplés en construction chez MM. Cail et O) ont été déterminées.

En ce qui concerne la surface tubulaire, il est partout admis que le rapport entre le diamètre, la longueur et le

noni]>re des tubes doit assurer le refroid isscnieiàt des gaz produits par la combustion, et ce résultat, si désirable dans rintérét de l'économie de la combustion , est maintenant généralement €^tenu. Dans la plupart des cas, la longueur des tubes résulte de la relation de la machine avec la voie, c'est-à-dire de récartement de ses essieux, de la stabilité rerherclK^e, etc. La punivc la plus sî^niilicative en est donnée par l'Exposition de La Compagnie du Nord expose deux types de machines ayant 166 mètres et âûB mètres de surface de chauife. Dans le premier, le nombre des tubes est de trois cent cinquante-six; dans le second, le nombre des tubes est de quatre cent trente-cinq; leur diamètre, 0™,OiO; leur longueur, 3«n,50; tandis que dans la machine Engerth, du Nord, et dans les machines de 205 mètres de surface de chauffe d'Orléans et du Midi, le nombre des tubes est de deux cent trente-cinq à deux cent cinquante; leur diamètre, 0",055, et leur longueur, 5 mètres à ^•,iO. La différence entre les surfaces de chauffe des deux types n'est que de 5.5 0/0. Dans ces conditions, la courte longueur des tubes, compensée par leur nombre, a pour effet d'opérer aussi efficacement le refroidissement des gaz produits par la combustion.

L\'\i)érieiice a prononcé à cet égard, puisque la machine à fortes rainj)cs ayant des tubes de 3"*, 50 lonclionne depuis plusieurs années sur le chemin de fer du ^ord, et que cette Compagnie persiste dans l'emploi de ce type.

Le tirage a été aussi, de la part de la Compagnie du Nord, l'objet d'études qui permettent enfin de poser quekfues don* nées de plus en plus précises sur le rapport du diaruètre des cliemini es à leur hauteur, et à la disposition de rorilic^ du œnduit d'échappement à la base.

L'une des améliorations qui peut être signalée pour la première fois avec un succès pratique et sur une grande

échelle, est Kapplit uiiuu des séclieuis OU surchautfeurs de vapeur dans les locomotives.

L'inconvéoient principal des générateurs des locomotives est la forte portion d'eau que la vapeur entraîne avec elle. L'expérience semble établir que cette quantité d*eau varie entre -g et J du poids total do Teau qui eulrc dans le générateur. Jusqu'à ce jour, l'application (Jes surchaulicurs aux locomotives n'a pas présenté les inconvénients qui se sont quelquefois manifestés dans les machines marines. Quand l'emploi de la vapeur est diminué et que sa température s'élève fortement, les garnitures des pistons et des stuffingbox peuvent ^tro altérées; mais cet effet ne se pioduit pas dans les machines locomotives dont les gamituit^ sont métalliques.

Dans les générateurs des locomotives» la quantité d'eau contenue est, proportionnellement à la surfiioe de ehaufle,

beaucoup plus faible (jue dans les {générateurs des maehines fixes. U en est de même des réservoirs de vapeur ; d'où il résulte que Tébullition y est plus tumidtueuse et la quantité d'eau entraînée plus considérable, le courant de vapeur étant plus actif. En outre, comme la prosstoo s'élève aujourd'hui è 9 atmosphères, il ne fout pas, à la densité cor* rcspuiiliiite à c^lte pression, une grande vitesse dtkoulement pour que l'eau se mêle à la vapeur. Le secheur de vapeur semble donc devoir être un accessoire indispensable des machines de grande puissance destinées la plupart du temps à fonctionner au maximum de leur production de vapeur avec de très-lourds chargements ; gagnant en vitesse sur les parties horizontales et les pentes, perdant en vitesse, mais gagnant en pression sur les ramj)es. La surface du chauife qui est attribuée au séclieur est de 7 à 8 0/0 de la surface totale. 11 est placé immédiatement avant la cheminée, et à l'eitrémité de la partie tubulaire de la chaudière, où les gaz , déjà refroidis par leur parcours , n'ont pas une tempéralme supérieure ù degi^s.

Quant aux améliorations constatées depuis 18^ dans Tutilisatioii de la vapeur des machines fiies par remploi d'enveloppes autour des cylindres et des oouTercles, enveloppes dans lesquelles circule la vajieiir de la ( haiidière, elles n'ont encore été appli(|ut''('s que lrè;y-<'xreptioiun'lh'ni('nt aux lo(uluotives , et cela s'explique m partie par raccroisscmeut de poids qui en serait la conséquence.

Au contraire, les machines locomotives ont transmis aux machines fixes leurs appareils de distribution et de détente. Le pertectioiinenient le |)lus r(''C(M>t de ces appareils, dans les locomotives, ctni^istL dans la disposition !nérani<pie du levier de chaugeiuent de marche, qui permet de manœuvrer avec précision et faciUté les tiroirs de la [dus grande dimension, et de les mettre au point de détente qu'il convient au mécsnicien de clioîdr.

I 4.. WrtMtlMaMn«ato divan.

ÀUmentaUon des génénUeurs* — L'application de l'injeeleur Giffard aux locomotives constitue une des plus heureuses siinplilicatioiis récemment introduites dans ces machines. Ij'iiuonvéjiient qu'il pn'seîite de ne pas ])ei'MieUre d'élever la température de Teau daus le teuder par la vapeur perdue est de médiocre importance pour les machines faisant de longs trajets sans stationnement intermédiare. La température de la vapeur qui entraine Teau dans le générateur est d'ailleurs utilisée, puisqu'elle élève celle de l'eau introduite. Les mécaniciens ex[)érimentés règlent leur feu pendant le stationnement en gare, à l'aide des portes du cendrier et de la cheminée, de façon è éviter l'élévation inutile de la pression , et le souffleur leur permet de la relever au besoin avec une grande rapidité. L'emploi de rinjecteur Gilla/'d ne donne donc pas lieu h des pertes do cuiii1ki.sIi[>1c.

Le mérite de cet appai'eil sera exposé avec détail dans tme autre paitie du rapport du jury; mais il convient ici

334 GLAfïSR V. — SfiCTlON 111*

même do constalec que sou application aux locoiiioUve^i e^iL une amélioratioQ toute française et de très-grande impo^ tance.

I s. ^ Bdduction du poids iautiie des machinea locomotiYes.

Dans la construction des locomotives, ou tait servir le métal : 1» à produire de la vi^ur ; à transmettre la puissance aux roues motrices; 3^ à supporter la machine sur la voie. Ces divers buts doivent éire atteints avec la moindTe

quantité })OssiblL' du métal, eu ce st-ns que ce <[ui est économisé sur les deux derniers emplois peut être re[)orté sur le premier qui constitue la puissance de la machine* C*est ainsi que la surÊice de chauife peut être augmentée dans un certain rapport avec les économies de poids réalisées sur l'appareil mécanique considéré comme véhicule et comme utilisateur de la vapeur. L"au;^mentati()ii de pui.ssance des machines a pour condiiiuu raccioissement de la surface de chaullé, en même temps ({uc celui de l'approvisionnement d*eau et de combustible ^ afin de mettre les machines à même de franchir les plus longues distances possibles sans arrêt inutile. Il importe donc de consacrer à ce double objet la plus forte part du métal, et il ne faut pas s'étonner de ce qu'à mesure que 1*011 deinaiiile plus de puissance aux. lo{X)Miotives, il y ait un intérêt plus pressant à employer le métal le plus résistant Cet intérêt explique l'empressement avec lequel les constnio^ teurs ont appliqué, depuis la dernière Exposition, les diverses qualités d* acier que les procrrès de la fabrication ont ^;énéralement produit^'s. Ces ap[»li( uiioiib ont reçu la sanriiun de Tadmlnistration^ en ce qui concerne les épaisseurs des Lùles servant à la consti uctiou des générateurs. 11 y a là, avant tout, un intérêt de sécurité publique.

L'emploi de Facter fondu, essayé depuis longtemps pour la fabrication des i'i^es de piston et des glissières, s'est faiblement étendu depuis aux bieiies d accouplement et aux pièces

Locomotives. 335

de la distribution, mais bien davanta^^e aux essieux coudés el droits, et il s'est géoéralisé pour les bandages des roues motrices. Cette deraière application est d'autant plus utile que Vaccouplcment des roues existant l'égalité des dîamè*

Ires, la ri'sistance du métal tend à prolonger la tlurée de celle condition essentielle. Mais il faut reconnaître qiw l'inégaiité dans les qualités est encore un grave obstacle à celte utile substitution de l'acier au fer.

L'Exposition constate une infériorité manifeste de la France au point de vue de la fabrication de racier. L'Allemagne d ;i1hii (1, l'An^'lcterre ensuite, exposent des produits en nrior tondu et martelé qui doivent exercer sur la construction des locomotives Tinfluaice la plus favorable. Quant à l'emploi du fer lui-même, partout il peut se substituer à la fonte ou s'améliorer par le perfectionnement de la fobrication, le progrès est très-aj)parent. Il se mou Li e dans la tabricatiun des roues en fer lui^é, où le moyeu, les rais, le cercle, la iiiaiiivelle et le contre-poids Ibnt partie du même bkx:; et dans la fabrication des longerons, qui évite les assemblages des plaques de garde, des bottes à graisse, etc. Rien ne rend mieux compte des progrès accomplis depuis la dernière ex* position que la comparaison du poids des iiiaehines par luelrc carré de surface de chaulle, qui est l'expression réelle de leur puissance. Depuis 1855 ce poids est descendu, pour les machines à voyageurs, de 480 à â90 kilogrammes, et pour les machines à marchandises, de 382 à 362 kilûgram* mes, y compris un approvisionnement rjui permet de franchir sans arrêt de plus grandes distances.

Ces chiffres ressortent du tahleau suivant :

CLASSE V. — SECTION lll.

Diminution progressive du poids cLes machines locomoUves par m^re carré de mrfaee de ehauffe.

KACunrES.

A VOTACtriiS.

Syslèoitj StcphensoD Ruddioom.. *.»..«..

CrtimpUio

Siiulh F.Bstcrn.. . . .

CramptoD nouvelks, Sturrork (Gieat Nor

tlWTB). •••• ••• .

Mue -CunneU

sve]

Kniiisbultoni Nortti Western (cxpostn'

SÎf)

lInswi U.t )i. flutricli.

4 cjriindredi, CompA' 0Îùe du nord ....

«IXTES.

Sto|>l)on<iiin transforiiitc . .

Idem [vxpinée].». .

Eogerth

Binirhonnni.1 . . . .

|ilit-nsuiii

lli>y«Tiii«*^ ("n'iizol . .

Efifferth ((rro^M-s) . ,

IJ. (4vi»iim''c1 . ,

Furies r4«inj»o*.

Id. (nuuvelk's

OrlAAOurtNidi fnou

».lif-i

i rjfl/iMlr>'s,8 es*iiu\

coapU>9.....

EES ;rurtion.