CHAPITRE lîl

Accumulateurs et machines flxes. — Traction par accumulateurs. — Traction par transmission électrique. — Avantages spéciaux des moteurs électriques.

299. Accumulateurs et machines fixes. — Les moteurs électriques peuvent évidemment être employés, comme le sont les machines à vapeur, pour la traction des véhicules.

Le courant peut être fourni soit par une batterie d'accumulateurs portée par le véhicule, soit par une dynamo génératrice installée à poste fixe et constamment reliée à l'électromoteur par un circuit conducteur.

La traction par accumulateurs, qui assure l'indépendance complète des véhicules, est la seule possible lorsque les trajectoires ne sont pas absolument fixes et invariables, ce qui arrive avec les embarcations fluviales, avec les omnibus ou les voitures ordinaires. Ce mode de traction convient aussi pour les tramways urbains, dont la trajectoire est, il est vrai, déterminée par des rails, mais dont le service comporte peu de régularité dans les départs ainsi que de grandes distances entre deux véhicules suc* cessifs.

La traction avec génératrice à poste fixe est une application directe du transport électrique de la puissance mécanique, avec cette circonstance particulière que la réceptrice, étant mobile, doit être mise en relation avec la ligne par des contacts glissants. Ce mode de traction n'est applicable qu'aux véhicules roulant sur une voie ferrée, de manière que leur parcours soit rigoureusement invariable ; il convient notamment pour les chemins de fer secondaires.

On sait que refTorI; de traction exigé par un véhicule sur rails, en ligne droite et en palier, varie avec la nature de la voie ; évalué à 3^^\,^ par tonne pour les voitures de chemins de fer sur rails Vignole, il s'élève jusqu'à 12 kilogrammes pour les tramways sur rails à rainure. En temps de pluie, TefTort de traction diminue, rhumidité servant de lubréfiant pour le rail.

Désignons par o TefTort de traction par kilogramme en palier, par it i la rampe ou la pente par mètre, par P le poids du véhicule et par L la longueur de la voie ; le travail correspondant au parcours de celte voie sera

P L ((p d: i) kilogrammètres.

Si, d'autre part, nous désignons par v la vitesse supposée uniforme, la durée du trajet sera — ; la puissance mécanique nécessaire pour la traction sera, par conséquent^ de

Pu (o ±i i) ,

- chevaux-vapeur.

Les voitures de tramways à traction électrique sont ordinairement automobiles; Tun au moins des deux essieux reçoit le mouvement d'un électromoteur. Le poids des voyageurs s'ajoute à celui du véhicule pour donner aux roues motrices l'adhérence nécessaire. Il faut que cette adhérence soit assez considérable pour vaincre Teffort de traction au démarrage, effort quatre ou cinq fois plus considérable que l'effort de traction pendant la marche normale. L'adhérence d'un véhicule sur la voie dépend beaucoup de l'état des surfaces des rails;, elle varie ordinairement du cinquième au dixième du poids porté par les roues motrices.

300. Traction par accumulateurs. — La Compagnie des Tramways de Bruxelles a fait^ avec le concours de M. Julien, des essais très intéressants de traction par accumulateurs sur une ligne de i 600 mètres de longueur qui présentait sur près de 400 mètres une rampe de 3'^'-,5 par mètre. Le poids d'un véhicule, y compris les voyageurs et le moteur, était de six tonnes; ce véhicule était pourvu de 120 accumulateurs, pesant chacun 13 kilogrammes, répartis dans quatre tiroirs en bois placés sous les banquettes.

Des bandes métalliques, fixées sous les parois du foad des tiroirs, venaient prendre contact avec d'autres bandes métalliques, fixées à la voiture et mises en relation avec le commutateur. L'élcctromoteur était installé sous le plancher de la voiture; il agissait par un pignon denté sur un axe intermédiaire transmettant, par une chaîne Galle, le mouvement à l'essieu moteur. On a constaté que Ténergie emmagasinée dans la batterie d'accumulateurs assurait au véhicule un parcours de 35 kilomètres. Les plaques positives doivent être réparées, en renouvelant leurs oxydes, après un service de 12 000 kilomètres; elles sont usées et doivent être remplacées lorsqu'elles ont fait quatre fois ce service; quant aux plaques négatives, leur durée parait indéterminée. On a pu réduire à 7 centimes par voiture-kilomètre les frais occasionnés par la mise en œuvre des accumulateurs.

A Paris, la Société Française d'accumulateurs électriques Faure- Sellon- Volckmar a monté, au dépôt delà Compagnie des Tramways- Nord, à Levallois-Perret, une usine provisoire pour le service de voitures à traction électrique circulant entre Levallois et la Madeleine, sur une longueur de 5 kilomètres. Une locomobile de 25 chevaux commandait quatre dynamos de 500 volts et de 12 ampères pour le chargement des batteries d'accumulateurs destinées à la traction; cette même locomotive commandait aussi deux autres dynamos semblables aux précédentes, pour l'éclairage électrique du dépôt et le chargement des batteries destinées à alimenter six lampes à incandescence par voiture. On a constaté que chaque voiture pouvait parcourir 50 kilomètres, c'est-à-dire faire cinq voyages aller et retour, sans qu'il fut nécessaire de renouveler ses accumulateurs. Sur les deux roues correspondant à un même essieu. Tune était calée, et l'autre folle; cette disposition est préférable à celle qui consiste à caler les deux roues, en ce sens qu'elle diminue les frottements et, par suite, la puissance de traction nécessaire dans les parties courbes de la voie. Chaque voiture pouvait recevoir 50 voyageurs et pesait 3 500 kilogrammes. Elle portait 108 accumulateurs, pesant ensemble 1 620 kilogrammes et répartis entre 12 boites, que l'on plaçait dans quatre armoires situées aux quatre angles de la voiture. Les 9 accumulateurs contenus dans une même boite étaient attelés en tension, les

12 boites étaient elles-mêmes réparties en quatre groupes de trois batteries attelées en tension ; Tattelage des quatre groupes pouvait se faire soit en tension, soit en quantité.

D'après les renseignements publiés en janvier 1891 dans une notice-prospectus de la société qui a fait cet essai de traction, la dépense par jour se réduirait à 1 251 francs et se décomposerait de la manière suivante :

10 FRAIS d'entretien BT D'aMORTISSEMBNT DU MATERIEL

Matériel roulant (voitares et électromoteurs) 474 fr.

Matériel fixe (dépôt de Levallois et accumulateurs) ... 283 fr.

Total 758 fr.

29 FRAIS d'exploitation

Force motrice (7 de cheval- vapeur iaitial^à 0 fr. 42, par voiture-kilomètre) pour 06 voitures en service faisant chacune 420 kil. par jour 388 fr. 50

Frais de personnel 94 fr. 50

Eclairage et chauffage du dépôt 40 fr. 00

Total 493 fr.

La circulation journalière étant supposée de 120 kilomètres par 36 voitures, soit, en d'autres termes, de 4 320 voilures-kilomètre, la dépense totale par voiture kilomètre serait seulement de

= Ofr-,29

Or on a calculé, d'après des renseignements très précis, que la traction animale des tramways de Paris ne coûte pas moins de 0 fr. 56. La traction électrique à Paris réaliserait donc une économie de -g^r-, soit 49 p. 100 sur la traction animale, si Ton tenait pour exactes les indications de la Société Française des accumulateurs Faure-Sellon-Volckmar. Dans ces conditions l'entreprise de traction électrique entre Levallois-Perret et la Madeleine aurait eu, semble-t-il, toutes raisons de prospérer et de devenir définitive; or il n'en a pas été ainsi.

M. Gadot a fait, relativement à la traction par accumulateurs, une étude très sérieuse qui Ta conduit au prix de 0 fr. 51 par

voiture-kilomèlre. L'économie correspondante à réaliser à Paris sur la traction électrique par chevaux serait seulement de -^^ soit environ 10 p. 100. Les calculs de M. Gadot sont faits dans rhypothèse d'une voie qui ne présente pas de rampes supérieures à 15 millimètres par mètre, tandis que la dépense de 0 fr. 56, calculée pour la traction animale correspond au profil moyen des lignes de tramways de Paris.

En résumé, il n'est pas établi que pour Paris la traction électrique par accumulateurs puisse être actuellement beaucoup plus économique que la traction animale. Le poids mort relativement considérable que les accumulateurs ajoutent aux véhicules constitue une condition défavorable. Ajoutons toutefois que la traction électrique a le grand avantage de rendre inutile le pavage de la voie, qu'elle met la compagnie exploitante à l'abri des. pertes qui peuvent résulter des épizootîes et des disettes de fourrage, qu'elle permet enfin d'augmenter à peu de frais le nombre des voitures en service pour faire face à des exigences exceptionnelles et momentanées du trafic.

301. Traction par transmission électrique. — Les applications dé ce mode de traction actuellement existantes sont nombreuses. La canalisation nécessaire pour la transmission du courant entre la génératrice à poste fixe et Télectromoteur mobile peut ôtre soit aérienne, soit souterraine, soit au niveau même de la voie ferrée.

Dès l'année 1884, MM. Siemens et Halske ont établi, pour la traction électrique du tramway de Francfort à Offenbach, sur une distance de 6 kilomètres, une ligne aérienne composée de deux tubes métalliques fendus, dans chacun desquels glissent avec frot* tement des olives de cuivre. Ces tubes sont fixés par des câbles métalliques à des isolateurs en porcelaine supportés eux-mêmes par des poteaux installés le long de la voie ferrée. Les glissières sont reliées, par l'intermédiaire de conducteurs flexibles, aux câbles métalliques allant aboutir aux balais de l'électromoteur de la voiture. La dynamo génératrice est installée dans une usine placée vers le milieu de la ligne. Le rendement industriel de la transmission est de 55 p. 100 en moyenne.

Au lieu de faire ainsi la prise de courant par un piston mobile à rintérieur d'un tube fendu longitudinalement, système coûteux, on peut la faire au moyen d*un galet mobile roulant à la partie inférieure d'une barre conductrice ; ce second système est très employé en Amérique.

Les bifurcations et les croisements exigent des dispositions assez compliquées lorsque la ligne est à deux conducteurs. Ces dispositions se simplifient beaucoup si la ligne est à un seul conducteur avec retour par la terre, système auquel on donne généralement la préférence en Amérique pour la traction des tramways. On peut aussi créer la canalisation au moyen d'un seul conducteur aérien, en employant les rails pour le retour du courant.

L'opposition qu'a rencontrée jusqu'à présent, de la part des grandes villes de l'Europe, l'emploi des canalisations aériennes, a fait souvent reposer la solution du problème de la traction électrique sur l'établissement de lignes souterraines. Les conducteurs doivent alors être placés sur isolateurs dans des galeries établies sous la voie ; on peut raccorder Télectromoteur avec le circuit de la ligne électrique au moyen d'un frotteur relié à une tige qui traverse une fente ménagée en haut de la galerie. Ces canalisations souterraines sont beaucoup plus coûteuses à établir que les canalisations aériennes ; la pluie et la neige compromettent souvent leur isolement.

Pour établir la canalisation électrique au niveau de la voie ferrée, on constitue le circuit au moyen des rails et d'un conducteur central bien isolé. Cette disposition a été employée par M. Hopkinson pour le chemin de fer secondaire de Bessbrook a Newry, sur environ S kilomètres de longueur ; l'appareil générateur se compose de deux dynamos en dérivation actionnées par une turbine ; le rendement industriel, delà chute d'eau aux essieux moteurs, est de 40. p. 100.

Ce serait sortir du cadre de cet ouvrage que d'exposer ici les descriptions détaillées des dispositions parfois très ingénieuses qui ont été adoptées ou proposées concernant l'établissement des canalisations pour traction électrique ; ces descriptions ont alimenté, alimentent et alimenteront diverses publications périodiques passées, présentes et futures.

Gomme application récente, faite en France, de la traction au moyen d'un seul conducteur aérien avec retour par les rails, nous citerons le tramway électrique de Clermont-Ferrand, qui fonctionne entre Montferrand et Royat-les-Bains sur une distance de 7 kilomètres. La dynamo génératrice, installée à Montferrand, est à courant continu, à six pôles avec induit en tambours (système Thury) ; elle est actionnée par une machine à vapeur de 150 chevaux; son induit, pour une vitesse de rotation de 375 tours par minute, donne 400 ampères sous 500 volts; Texcitation de Tinducteur est indépendante. Chaque voiture contient 50 places (sans impériale) ; elle porte un électromoteur de 40 chevaux, placé entre ses deux essieux et commandant ses roues par rintermédiaire d'une chaîne à la Yaucanson. Le conducteur aérien, tube de cuivre fendu à section carrée, est fixé par des câbles d'acier à des isolateurs en porcelaine installés sur des poteaux en fer distants de 40 mètres. La navette représente un chapelet de billes de bronze ; sa longueur est de 40 centimètres ; une lame de cuivre adhérente à la première bille de cette navette, est reliée à Télectromoteur par un fil métallique traversant la rainure. La vitesse maximum est de 20 kilomètres à Theure.l^a ligne est à voie unique, de 1 mètre de largeur.

302. Avantages spéciaux des moteurs électriques. — La merveilleuse souplesse que possèdent les électromoteurs les rend particulièrement aptes à la traction électrique. Considérons, par exemple, un véhicule automobile portant son moteur, en supposant que la machine génératrice soit réglée de manière à fournir le courant sous tension constante et que l'excitation de l'électromoteur soit faite en série ; au moment du démarrage, Télectromoteur étant au repos et n'effectuant aucun travail, le courant électrique prendra son maximum d'intensité (n* 272) et, par conséquent, le couple moteur deviendra lui-même maximum, condition éminemment favorable pour vaincre le frottement au départ; pendant la marche, le travail dépensé par seconde croît avec la vitesse tandis que l'intensité du courant est décroissante, en sorte que le régime normal se produit bientôt. Pour rendre facile le renversement du courant, en vue de changer le sens de la marche

il convient d'employer des électromotears à faible décalage ; on peut alors installer les balais à poste fixe en leur donnant une forme qui permette de légers déplacements du collecteur dans les deux sens ; on subit ainsi une petite perte d'énergie sous forme d*étincelles, mais on évite Tobligation d'avoir à modifier la position des balais au moyen d'un inverseur de marche (n'^ 275).

L'insertion d'une résistance artificielle (fournie par un rhéostat et réglable à volonté) dans le circuit qui actionne Télectromoteur peut permettre au mécanicien qui conduit la voiture d'augmenter ou de diminuer le moment du couple moteur à la demande du profil de la voie. S'il s'agit de descendre une pente assez rapide pour que l'action de la pesanteur puisse à elle seule faire marcher la voiture, il convient der rompre le circuit : l'électromoteur, fonctionnant alors comme machine génératrice, produit un courant électrique que l'on pourra envoyer dans des résistances artificielles portées par le véhicule ; dans ces conditions, Félectromoteur constituera un véritable frein, qui n'agissant pas sur les roues n'usera aucunement leurs bandages.

D'après divers devis dressés en Amérique les frais de traction des tramways peuvent se réduire à 0 fr. 17 par voiture-kilomètre avec la canalisation aérienne. La dépense moyenne d'énergie qu'exige une voiture de tramway pesant 4 tonnes y compris sa charge a été évaluée à 450 watts-heure par voiture-kilomètre pour une ligne de profil moyen.