MOTEURS

Les machines locomotives sont des machines à vapeur, accompagnées de leur chaudière, de leur foyer et de leur cheminée, portées sur un chariot spécial placé en tête du convoi qu'elles remorquent.

Elles impriment le mouvement de rotation à un des essieux du chariot. Les roues qui sont fixées aux extrémités de cet essieu tournent aussi ; mais, comme elles sont gênées dans leur mouve> vement par la résistance qu^elles trouvent sur le rail, il suffit que cette résistance soit en rapport avec la charge que la machine doit traîner pour qu'elles ne puissent tourner qu'en avançant.

C'est à peu près de la même manière qu'une machine à vapeur, placée sur un bateau, le fait marcher en faisant tourner les deux roues à palettes qui remplacent les rames.

La force naturelle de la pesanteur ne peut être employée qu'à la descente, où elle entraîne les chariots avec d'autant plus d'énergie que la pente est plus forte. Sur un chemin de fer en ligne droite, elle suffit pour faire équilibre à la résistance dès que la pente atteint quatre millièmes, c'est-à-dire, lorsque, par un parcours de mille unités de longueur, mètres ou pieds, le niveau du chemin s'est abaissé de quatre fois cette unité'. La plus légère impulsion met alors les chariots en mouvement, et ils peuvent, à la rigueur, descendre sur une pareille pente sans le secours d'aucun moteur.

Sur une pente plus forte, il y a excès de gravité, et les chariots descendraient avec une vitesse qui croîtrait constamment jusqu'à une certaine limite, si l'on ne se servait de freins pour les contenir.

Quand la pente atteint deux centièmes environ, l'elTet de la pesanteur qui entraîne les chariots descendants est assez grand pour que ces chariots puissent, à Taidc d'une disposition particulière, faire monter des chariots moins pesamment chargés, marchant en sens contraire sur une voie parallèle.

Les chariots qui doivent descendre sont alors accrochés à Textrémité d'une corde passant sur une poulie couchée horizontalement, ou à peu près, au sommet du chemin incliné, et les chariots qui doivent monter sont fixés à l'autre extrémité de la corde.

* Iji pente cft olors descendante; elle serait ns^ccndante et dcTiendrait une rampe si le nÎTcau sï'tait élevé au lieo de s'être aboissé.

On conçoit commenl les premiers, roulant du haut du plan ters le bas sur une même voie, entraînant, par rinU*.rniédîaire de la corde, les seconds qui suivent, ont, en sous contraire, une voie parallèle.

Fig. G. -> Plans automoteurs.

Les plans inclinés disposés de cette manière portent leunom de plans automoteurs (self-acting planes). (Fig. 6.)

AvaaUiges des chemins de fer av polat de ime techaa^ve. —

lia vitesse est, aux yeux du public, le principal, le seul avantage peut-être, qu'aient les chemins de Ter sur les routes ordinaires. On pourrait cependant très-probablement obtenir cette vitesse avec des machines locomotives sur des routes ordinaires, tracées comme les chemins de fer^ et parfaitement entretenues ; mais elle deviendrait excessivement coûteuse, tant en raison de la grande résistance dos voitures que par suite des causes de destruction qui agiraient sur les locomotives.

Le principal avantage des chemins de fer est donc de rendre remploi de la machine locomotive possible pour le transport à m prix modéré des voyageurs et des marchandises, du moins lorsqu ils sont établis dans de certaines conditions que nous ne tarderons pas à faire connaître.

Mais cet avantage nest pas le seid que possèdent les chemns de fer; la résistance sur les voies de fer est moins grande que sur les routes ordinaires : il en résulte une diminution dans les frais de traction, avec toute espèce de moteur et à un degré quelconque de vitesse, qui a conduit à construire des chemins de fi*r longtemps avant que les machines locomotives fus^^cnt connues.

Cette diminution de résistance, due à l emploi des chemins de fer, nest très-sensible, et l emploi des locomotives n'y a limi avec avau-

AVAiNTAGRS DES CHEMINS DE FER. 71

iagej qu'autant que leurs petites sont faibles et que letir direction se rapproche de la Ivjne droite.

Pour bien établir ce fait important, analysons les résistances diverses que doit vaincre le moteur sur un chemin de fer ou sur une route ordinaire.

Deux résistances seulement se manifestent dans une voiture qui i-cjule en plaine et en ligne droite sur une route quelconque : Tune au pourtour des roues, résultant des inégalités du terrain, Taulre il l'essieu, provenant des aspérités de la boite dans laquelle l'essieu tciurne en frottant.

I-a première, appelée quelquefois frottement de roidement, est considérable sur les routes, car celles-ci ne sont jamais, comme les trhemins de fer, parfaitement dures, parfaitement unies. On estime qu'elle est, sur les meilleures routes Mac-Adam, sept fois aussi con • sidérable que la seconde, et on trouve que la somme des deux résistances est égale à un trentième du poids du véhicule et de sa chai^, c'est-à-dire telle que, si l'on attachait à l'extrémité de la voiture une corde, et que celte corde, jd'abord tendue horizontalement, vkit, après avoir passé sur une poulie fixée au milieu de la route, à tomber verticalement dans un puits, il faudrait, pour entraîner la voiture, ou au moins pour en contre-balancer les résistances et lui permettre de céder à la plus faible impulsion, attacher à Textrémité de la corde qui pend dans le puits autant de kilogrammes qu'il y a de fois trente kilogrammes dans le poids du chariot.

Sur une route en fer, la résistance sur les essieux du chariot est exactement la môme que si le chariot roulait sur une route ordinaire, car elle dépend du mode de construction du chariot, et non de celui de la route ; mais la résistance au pourtour de la roue, qui dépend essentiellement du plus ou moins grand nombre d'aspérilc s que présente la surface sur laquelle s'opère le mouvement, e>t presque nulle. Elle n'est plus que la moitié de la résistance sur l'essieu, et la somme des résistances, à une vitesse de moins de six lieues à l'heure, n'est plus que la deux centième partie du poids du chariot, ou même, lorsque le chariot est bien construit et bien graissé, la deux cent cinquantième partie environ.

Celle somme des résistances sur un chemin de fer n'est par coi{. séquent que la septième ou la neuvième partie de ce qu'elle est sar une route ordinaire. Un cheval, nnemachiner un moieur quelconque^ peuvent donc traîner mr un chemin de fer de niveau, en ligne drmte, à une vitesse modérée de moins de six lieues à rheure, une ckary de sept à neuf fois aussi grande que sur une route ordbmreèh vitesse eux usage sur ces routes.

Si la vitesse augmente, la résistance que Fair, même dans TéUt de calme parfait, oppose à la marche des convois, devient senaUe. Elle s'accroît avec cette vitesse dans une proportion telle, qu'i 60 ou 70 kilomètres par heure elle s'élève, sur un chemin de fer, au double de ce qu'elle est à des vitesses modérées. Ainsi, à la vitesse de 60 ou 70 kilomètres par heure, tm moteur quelcoiupie h, traîfie plus sur un chemin de fer de niveau ^ en ligne droite, que k tiers ou le quart de la charge qtiil traine sur les routes à la vtfoiie en usage.

Si la route, d'horizontale qu'elle était, devient inclinée, tout eo conservant la direction rectiligne, et que le cheval soit obligé de gravir une rampe, chacun sait que la résistance qu'il éprouve s'ac* croît. Cette augmentation ne provient pas de Tun ou de l'autre frottement du chariot : les frottements, au contraire, diminuent; maÎK il se développe ime troisième résistance, occasionnée par le poid» du chariot, qui tend h le faire reculer, et qui l'entraînerait si elle était plus forte que les frottements, et si le cheval n'exerçait aucnn effort en sens contraire. Cette troisième résistance est d'autant plus grande que la pente est plus forte, et elle croît même si rapidement avec la pente, que, pour peu que les montées soient roides, les chevaux deviennent incapables de mouvoir le véhicule, même au pas, si on ne leur adjoint des chevaux de renfort.

Le frottement au pourtour des roues n'est dotic pbis^ sur une rampe un peu forte, qu'une petite fraction de la résistance totale\ et la pose des bandes de fer, comme moyen de réduire ce frolte-

* Sur une pciilo lie r(uatrc uiilliôincs par exemple, imperceptible h J'œil, la tVNflttnce totale sur un (iieiiiiii <lo fera une vitesse mmtén'e est ik^jà double île là i-é^istance dueiu fioltenieul. h seule qui se uiauiresle eu plaiue; sur une rampe de buit millièmes, elle est triple; de seize niilliênu^i, quintuple.

AVANTAGES DBS CQEMIMS DE FER. 17,

meni, u*offre plus les mêmes avantages quen plaine. I^s machines fixes peuTcnt alors, si rinclinaison ne dépasse pas certaines limites, être encore employées avec économie ; mais il n'en est pas de même des machines locomotives, qui, ayant à se traîner elles-mêmes, ont à vaincre non-seulement Taccroissement de résistance de charge, mais encore raccroissement de résistance provenant de leur propre poids. Ainsi Ton admet assez généralement que Tusage des machines locomotives, sur une pente de plus de trois et demi centièmes, lors même qu'elles trouveraient sur le rail la résistance (adhérence) nécessaire pour tourner sans glisser, cesse d*ctre économique.

A la descente, le poids du chariot, qui, à la montée, Tentrainait €50 sens contraire du cheval, agit dans le même sens que celui-ci, et, si la pente est un peu rapide, le cheval est obligé de retenir les chariots, au lieu de les traîner, et consomme sa force en pure perte. C'est alors que, sur les chemins de fer, on se passe de moteur, ou que même, si la pente devient assez forte, on utilise, au moyen de mécanismes que nous avons indiqués (voir page 70), Texcès de poids nuisible sur les routes ^

Jusqu'à présent nous avons supposé que le chemin suivait une ligne droite ; les circuits engendrent de nouvelles résistances.

La force que Ton connaît sous le nom de force centrifuge, et qui se développe lorsqu'un corps prend un mouvement curviligne, tend à jeter contre le mur le cavalier galopant autour d'un manège et

* Il ne fiiudniil pas s'iningincr cependant que les frais <le transport sur les chemins «le fer, à la descente, lorsque la pente dopasse une certaine linn'tc, soient tout à fait nuls. I^ l»cnte étiint de cinq à quinze millièmes, les chariots descendent, il est vnii, d'eux» mOnu»5, sans qu'on emploie aucun moteur pour les traîner; mais il f lut ensuite les ramener en montant. Sur le chemin de Darlington, on a eu l'iieurcuse idée de faire descendre les chevaux qui traînaient les chariots à la montée, dans de petits wappons-écuries ; de cette manière ils n'éprouvaient aucune falipue pendant une partie de la journée ; ils paraissaient même trouver beaucoup de plaisir h ce penre de promenades, et, en les ramenant ainsi en voiture, on avait augmenté d'un tiers leur travail utile à la monl'c Aujourd'hui les chevaux ont été, sur ce chemin, remplacés par des machines Im'omotires.

Sur les plans atttonwtâtirê, la pravité ou la pesanteur est le seul moteur employé, (it* moteur ne coûte rien, mais la dépense pour l'entretien des cordes, poiUies, etc., é((uivaut à celle qu'occasionnorait l'emploi d'une machine locomotive sur un terrain de niveiu

7i NOTIONS GÉNÉRALES.

oblige la pierre iancée par une fronde à se mouvoir en ligne droite; cotte force lend aussi à entraîner en ligne droite le chariot qui décrit une courbe, et elle agit avec d*autant plus d'énergie que la vitesse est plus considérable et que le rayon de la courbe est plus |)etit. Sur une route ordinaire, comme il est rare que Ton martlie -ircs-rapidement et que d'ailleurs le frottement contre le terrain oppose généralement une résistance suffisante h la force centrifuge, elle n'a d'autre* effet que de faire verser les voitures lorsqu'on veut tourner trop court. Sur un chemin de fer elle chasse, dans les ci^ cuits formés de deux (iles courbes de rails, les roues contre les rails de la plus grande courbe, et donne lieu, de cette manière, i an frottement de leurs rebords contre ces rails. Plus la vitesse est grande et le rayon de la courbe petit, plus cette résistance est considérable.

En outre, deux nouveaux frottements résultent, sur un chemin de fer courbe, de la construction même des waggons.

L'un de ces frottements a pour cause immédiate la construction même du système de rotation. Les roues, étant fixées aux essieux, doivent nécessairement, en vertu de celte disposition, effectuer toujours le même nombre de tours que l'essieu dans sa boite ; mais, comme dans une courbe les deux rails sont d'inégales longueurs, les roues n'ont pas la même distance à parcourir : celle que guide le rail le plus éloigné du centre de la courbe serait obligée, si elle était libre sur son axe, de faire, pour compenser cette difKrence de parcours, un plus grand nombre de tours; or, comme cela est impossible, il s'ensuit que les roues, en effectuant leur mouvement de rotation, exécutent pendant le passage des courbes un naouvement de glissement en avant ou en arrière, suivant la position respective des roues.

Le second frottement résulte de la position des essieux dans leurs boites, position qui ne leur permet pas de converger vers le centre de la courbe, comme ils le feraient s'ils étaient libres.

Ces résistances n'ont pas lieu sur les routes ordinaires, où Ton se sert de voitures dont le train de devant peut tourner librement, et dont les roues, portée^ sur un même essieu, peuvent, dans le même temps, faire des nombres de tours différents.

On a imaginé différents moyens pour contre balancer ou détruire TetTet de ces résistances; mais «ucun jusqu'à présent, ne parait atteindre parfaitement le but, du moins sur les chemins de fer que l'on veut parcourir à de grandes vitesses.

Il en résulte qu'un chemin de fer sur lequel on veut marcher rapidement n'admet pas de courbes d*un aussi petit rayon qu'une route ordinaire.

On voit donc en résumé par ce qui précède : i"* Que la construction des chemins de fer pour les transports à grande vitesse est partictdièrement avantageuse dans les pays de plaine ou faiblement accidentés, puisque cest dans ces pays surtout quil est fadie de remplir les deux conditions sans lesquelles ou ne peut marcher rapidement et économiquement avec des machines locomotives, savoir : une faible inclinaison des rampes et des courbes de très-grand rayon.

On est cependant parvenu, au moyen d'immenses travaux, à établir des chemins de fer à grande vitesse dans des pays assez fortement accidentés; mais ils ne sont avantageux, financièrement parlant, qu'autant que la circulation y est très-active.

2* Que la construction des chemins de fer offre des avantages d*uue autre nature, mais qui ne sont pas moins grands, pour le transport des marchandises, lorsque le tenain est sensiblement incliné et que les chariots descendent avec de fortes charges, remontent à vide ou avec de faibles charges.

Dans le cas contraire, c'est à-dire lorsque, sur un terrain incliné, les plus fortes charges montent, tandis (^ue les plus faibles descendent, ou lorsqu'il y a égalité de mouvement commercial dans les deux sens, la construction d'un chemin de fer peut encore être molivce comme moyen d'employer les machines à vapeur fixes au transport des marchandises; mais elle devient généralement sans application au transport des voyageurs à grande vitesse. Jusqu'à i'je jour les machines fixes n'ont été employées à remorquer les voyageurs sur des rampes très- inclinées que pour des portions de lignes très-courtes, et aujourd'hui elles sont presque partout abandonnées , même pour le remorquage des trains de marchandises.

TRACÉ DES CHEMINS DE FElt. 77