MELIN E, CANS ET COMPAGNIE

UtRAiniR. IMPRIMERIE RT FONDERIE.

INTRODUCTION

Nous n’avons en France aucun ouvrage sur les machines à vapeur locomotives. En Angleterre deux auteurs s’en sont occupés secondairement , dans des traités sur les chemins de fer. C’est Wood et Tredgold (t). Mais tous deux ont écrit à une époque où l’art naissait à peine. Aussi leurs idées, leurs calculs , et même le petit nombre de leurs expériences , n’ont-ils absolument aucun rapport avec les faits qui se passent actuellement sous nos yeux , et ne peuvent-ils être d’aucune utilité à ceux qui veulent acquérir des connaissances sur ces machines , et leur usage sur les railways.

Beaucoup de questions n’avaient pas même été abordées , d’autres avaient été résolues d’une manière fautive. De nouvelles recherches sur ce sujet devenaient donc indispensables. Aussi trouvera-t-on cet ouvrage complètement différent de tout ce qui a été publié auparavant. Aucun fait n’y sera rapporté qui ne résulte do l’observation actuelle , aucune expérience que celles faites par l’auteur lui-même sur de nouveaux

(1) A practical treatise on railroads , and interior communication in general, by Nicholas Wood. 1" édition, Londoii , 1825; l 1 * édition , London , 1832.

A practical treatise on railroads and carriages, by Thomas Trr.d gold, London, 1825. Ces deux ouvrage» sont Iraduits en français.

MACniKES LOCOMOTIVES . U

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aperçus et dans de nouvelles vues , et enfin aucune théorie que celle qui ressort de ces mêmes expériences.

Si l’on peut s’étonner d’abord qu’il n’existe aucune théorie des locomotives , on cesse d’en être surpris quand on sait que la théorie de la machine à vapeur elle-même, prise- en général, n’a pas été expliquée jusqu’à présent. On pourrait croire que sur un moteur en ce moment si répandu , dans un sujet si important, tout aurait été dit , tout aurait été expliqué depuis longtemps. Mais , loin qu’il en soit ainsi , on en est encore à éclàircir le mode d’action de la vapeur dans ces machines. Ce premier élément de la question n’a pas été établi jusqu’ici , et , faute de cette connaissance indispensable, tout calcul théorique s’est trouvé impossible. Aussi voyons-nous que des mathématiciens très-distingués ont proposé , sur le mouvement du piston dans les machines à vapeur , des formules analytiques qui seraient très-vraies , si effectivement les choses se passaient dans la machine comme ils le supposent ; mais qui , faute d’un point de départ vrai dans le calcul , tombent d’elles-mêmes en présence des faits. De là résulte encore que, dans la pratique, les proportions des machines n’ont été déterminées que par des essais multipliés, et que l’art de les construire ne procède encore que par tâtonnement et par imitation.

Les machines locomotives étant avant tout des machines à vapeur, nous ne pourrons avancer dans les recherches que nous nous proposons , sans résoudre

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en même temps la question relativement aux machines à vapeur en général. Il est même un point remarquable à cet égard ; c’est que , parmi toutes les machines à vapeur, les locomotives sont celles qui, dans leur application, ontà vaincre les résistances les moins complexes et les plus susceptibles d’une appréciation rigoureuse. Ce seul fait les rend donc plus propres que toutes les autres à fournir l’explication des faits généraux , communs à toutes ces machines. Une fois la théorie expliquée pour les locomotives , elle le sera pour toute autre machine à vapeur, et plus particulièrement pour celles qui , comme les locomotives , agissent à haute pression. Les machines placées dans les bateaux à vapeur n’étant autre chose que des locomotives, dont les roues tournent dans l’eau au lieu de tourner sur un railway , ce sera surtout à elles que ces principes pourront s’appliquer sans difficulté et presque sans modification.

Sans insister de nouveau sur ce point dans le courant de l’ouvrage, nous nous flattons donc, en faisant des recherches sur les machines locomotives , d’éclaircir en même temps les points principaux de la théorie des machines à yapeur en général , et de fixer d’une manière précise les principes relatifs aux machines à vapeur à haute pression en particulier.

Du reste , pour indiquer clairement la marche de cet ouvrage , et pour montrer en quoi il diffère de ceux qui l’ont précédé, nous croyons devoir mentionner ici avec quelque détail les points sur lesquels nous avons à présenter des recherches nouvelles, soit expérimen-

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taies, soit théoriques. On verra que ces points forment à peu près la totalité du sujet.

La pression de la vapeur dans la chaudière était jusqu’à présent considérée comme constante dans chaque machine. On se contentait de la calculer une fois pourtoutesetapproximalivement, d’après le poids sur la soupape. Des observations multipliées montreront combien elle varie durant le mouvement de la machine , et combien il est nécessaire d’avoir égard à cette circonstance, ainsi qu’à plusieurs autres, et d’employer un mode de détermination plus exact , si l’on ne veut baser tous ses calculs sur une erreur.

On trouvera à ce sujet la description d’un changement que nous proposons de faire aux soupapes actuelles pour leur faire marquer la vraie pression , et celle d’un instrument portatif proposé de même pour remplacer le manomètre à mercure , et pouvant s’adapter à toute machine.

Le frottement des wagons était jusqu’ici estimé beaucoup trop haut. Cette erreur faussait naturellement tous les calculs , puisqu’elle trompait sur la vraie résistance vaincue par les machines. Un grand nombre d’expériences sur des wagons, avec ou sans ressorts, isolés ou réunis en trains considérables , en feront connaître la véritable valeur.

La résistance passive des machines locomotives était une question non encore résolue. Nous avons cherché à la déterminer par trois procédés différents qui deviennent la vérification l’un de l’autre.

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Le surcroît.de frottement , créé dans la machine en raison de la charge qu’elle tire , n’avait jamais été soumis à aucune recherche. Nous présenterons sur ce sujet de nombreuses expériences.

La détermination exacte de la pression de la vapeur dans le cylindre était nécessaire pour expliquer le mode d’action des locomotives, ainsi que des machines à vapeur en général , et pour faire le calcul des services qu’elles peuvent rendre en diverses circonstances. L’erreur faite à cet égard était l’origine de tous ces calculs fautifs que démentait l’expérience. Nous espérons que le facile éclaircissement de ce point mettra comme à découvert tout le jeu de la machine.

La force de vaporisation des machines était un élément sur lequel on n’avait encore fait aucune expérience , qu’on n’introduisait même pas dans le calcul , et d’où cependant dépend en définitive l’effet que ces , moteurs sont capables de produire. On en trouvera la recherche faite sur un grand nombre de machines différentes.

Une relation analytique , propre à résoudre le problème général des locomotives, manquait entièrement : c’est-à-dire une relation propre à faire connaître à priori soit les effets résultants des proportions données d’une machine , soit réciproquement les propor- ' lions nécessaires à adopter pour qu’il en résulte des effets voulus à l’égard de la charge ou de la vitesse. Les essais entrepris jusqu’ici pour arriver à la solution de cette question , étant basés sur un principe faux , n’avaient produit que des formules en contradiction

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manifeste avec les faits. On en était venu à adopter comme une règle, que la force pratique d’une machine n’était que le tiers de sa force calculée ou théorique , tandis qu’évidemment la totalité du pouvoir appliqué doit se retrouver dans l’effet produit, et s’y retrouve effectivement. Cette prétendue règle prouvait bien l’erreur des calculs employés , et ne menait qu’à des désappointements dans les applications pratiques. On construisait des machines , et l’on ne pouvait dire quel effet elles produiraient. Par l’introduction d’un nouvel élément de calcul, à tort négligé jusqu’ici , savoir la force de vaporisation des machines, on verra que cette question se résout avec une simplicité remarquable. De cette relation , et au moyen de simples mesures prises sur la machine , se conclut immédiatement la vitesse d’une locomotive donnée avec une charge quelconque, et réciproquement la charge que peut conduire cette machine à une vitesse déterminée. Un grand nombre d’expériences, tirées de la pratique ordinaire, montreront l’exactitude de cette formule. Cette théorie est en même temps celle de toutes les machines à vapeur à haute pression.

Plusieurs dispositions accessoires du mécanisme des machines n’avaient point été étudiées. On verra pourtant qu’elles peuvent facilement enlever à la machine un quart de sa force. Les effets de ces dispositions, et en particulier de celle qu’on appelle l’avance du tiroir . seront examinés d’après le calcul et vérifiés par des expériences spéciales.

La résistance propre des courbes du railway devait

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de même arrêter l’attention. On cherchera à fixer avec exactitude quelle est la forme convenable des roues et la disposition des rails pour y remédier.

La consommation de combustible en raison de la charge n’avait pas été déterminée d’une manière satisfaisante, et se trouvait démentie par la pratique. Cette question sera ici établie différemment et les résultats confirmés par les faits.

Ces recherches sur les machines comprennent un ensemble de douze machines différentes, et sur chaque branche du sujet on trouvera des expériences nombreuses.

La méthode constamment suivie consiste à chercher d’abord les bases premières du calcul dans l’expérience immédiate, à se servir ensuite de ces éléments pour établir le calcul conformément aux principes théoriques, puis à soumettre les résultats obtenus à de nouvelles expériences directes, afin d’en obtenir la vérification et la confirmation des formules. Enfin , pour éclaircir complètement l’emploi de ces formules , on a soin de les soumettre chaque fois à des applications particulières.

Il n’entre pas dans le plan que nous nous sommes tracé de donner les mesures des diverses parties de la machine , hors celles nécessaires aux calculs qui nous occupent. La considération des dimensions de tout genre nous mènerait trop loin, et regarde spécialement les ouvrages de construction. De même, les figures jointes à l’ouvrage , d’après nos propres dessins , ne sont destinées qu’à faciliter l’intelligence du texte.

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Pour tout autre objet elles seraient très-imparfaites.

Le sentier peu battu où nous sommes contraint d’entrer aura pu nous mener à quelque erreur. Nous n’avons nullement la prétention de croire que l’ouvrage en soit exempt, et nous réclamons quelque indulgence pour celles qui, dans un sujet si neuf, nous auront sans doute échappé. Notre principal but a été d’être utile , tout en cherchant une occupation conforme à nos goûts, et en voulant remplir les loisirs d’une vie autrement inactive. Nous désirons surtout exciter des recherches mieux dirigées sur un sujet si propre à fixer l’attention des hommes instruits, par les immenses résultats qu’il peut avoir pour la prospérité d’un pays. Heureux si nous avons réussi en quelques points ; heureux encore si d’autres , redressant nos erreurs , éclaircissent du moins les faits sur lesquels nous avons appelé leur attention !

Toutes les expériences rapportées dans l’ouvrage ont été faites par nom-même avec tout le soin et toute l’attention qu’elles exigent. Nous en donnons chaque fois le lieu et la date , afin de faciliter toute recherche de vérification sur les registres de chargement du railway où ces expériences ont eu lieu. On sait que ces registres contiennent le poids détaillé de chacun des trains conduits par les machines. Cette attention aura de plus l’avantage de constater les époques dans l’histoire de la science , en montrant ce que pouvaient exécuter les machines à l’époque mentionnée.

A l’égard des facilités que nous avons eues de faire

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ces nombreuses expériences, nous devons dire qu’ayant en Angleterre des relations étendues de parenté et d’amitié , et depuis longues années en possession du langage , il nous a été possible de nous adresser aux chefs des plus belles entreprises de ce genre dans ce pays. Par eux nous avons été mis à même sans restriction de pénétrer dans tous les ateliers , de prendre toutes les mesures , de réunir tous les documents de dépense, et de faire toutes les expériences qui ont pu nous paraître utiles.

Nous aimons à reconnaître dans le caractère anglais cette libéralité dont nous n’avons cessé d’avoir à nous louer pendant toute la durée de nos recherches.

C’est surtout à l’amitié de M. Hardman Earle, l’un des directeurs du railway de Liverpool à Manchester, que nous sommes le plus redevable. Son obligeante bienveillance ne s’est pas démentie un seul jour. Doué de toutes les qualités d’un esprit éclairé , il a voulu s’associer à des recherches qu’il jugeait utiles au progrès de la science; et c’est lui qui a mis à notre complète disposition toutes les machines et les wagons du railway. La beauté de ces machines, leur nombre, qui ne s’élève pas à moins de trente , le soin avec lequel elles sont entretenues, et l’immense commerce de cette ligne , qui permet sans inconvénient de choisir des charges aussi considérables ou aussi légères qu’on le juge à propos , en font le seul endroit du monde peutêtre où l'on puisse faire des expériences en grand avec la précision du plus petit appareil. C’est pourquoi nous l’avons préféré, pour cet objet, aux autres rail-

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ways actuellement en activité, soit en France soit en Angleterre.

Les mêmes facilités nous ont été données par l’administration du railway de Darlington. Des documents intéressants sur les frais , réparations et dépenses de tout genre de cette compagnie, nous ont été obligeamment communiqués. C’est à la libérale autorisation deM. J. Pease, membre du parlement, président de la compagnie , ainsi qu’aux soins infatigables de M. Robert B. Dockray que nous en avons l’obligation.

Nous avons étudié ce sujet avec tout l’intérêt , nous pourrions dire , avec tout l’entraînement qu’il excitait en nous. Quel tableau admirable en effet que ce triomphe de l’intelligence humaine ! quel imposant spectacle que celui d’une locomotive se mouvant sans effort apparent , et tirant derrière elle un train de quarante ou cinquante voitures chargées , pesant chacune dix milliers de livres IQuesont désormais les plus lourds fardeaux avec des machinesqui peuvent mouvoir des poids si énormes? que sont les distances avec des moteurs qui franchissent journellement un intervalle de douze lieues en une heure et demie? Le sol disparaît en quelque sorte sous vos yeux : les arbres , les maisons , les montagnes , sont entraînés derrière vous avec la rapidité d’un trait ; et lorsque vous croisez un autre train avec une vitesse relative de quinze à vingt lieues à l’heure , vous l’apercevez en un moment poindre , grandir et vous toucher ; et à peine l’avez-vous vu passer avec effroi , que déjà il est emporté loin de

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vous , devenu un point, et disparu de nouveau dans le lointain.

D’autre part , quel spectacle plus encourageant que celui de la prospérité de ces beaux établissements ! Combien il est satisfaisant d’acquérir la preuve que le chemin de fer de Liverpool produit 9 pour 100 d’intérêt , de savoir que celui de Darlington offre les mêmes bénéfices I C’est avec confiance qu’on envisage l’avenir de telles entreprises , quand on sait qu’outre l’intérêt annuel mentionné plus haut , les actions du chemin de fer de Liverpool sont montées en quatro ans do 100 livres sterling à 210 , et celles du railway de Darlington se sont élevées en huit ans de 100 ù à 500. Comment d’ailleurs douter de leurs énormes avantages , quand on voit toutes les principales villes de l’Angleterre , Birmingham , Bristol , Southampton , Plymouth, etc. , se hâter de se jeter dans la même carrière et couvrir en ce moment le pays de leurs chemins de fer? Quel avenir enfin ces établissements n’offriront-ils pas à un pays riche comme le nôtre, dont les capitaux et les produits seront bientôt décuplés sous l’immense influence de ces placements fructueux et de ces transports économiques et rapides?

C’est donc en faisant des vœux pour voir notre patrie se tenir au niveau de ses émules dans cette lice de prospérité, si heureusement suivie déjà par l’Angleterre et l’Amérique, que nous avons entrepris l’ouvrage que nous présentons au public.

Ce sentiment est celui qui nous a déterminé. Engagé de bonne heure dans une route différente , sorti d’une

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famille toute militaire, et fils d’un officier-général d’artillerre dont la carrière avait naturellement tracé la nôtre, nos études ne se seraient pas tournées de ce côté , si notre esprit n’avait été vivement frappé des effets gigantesques du puissant moteur que nous avons à décrire , et du rôle important qu’il doit remplir dans la civilisation moderne. Puisse notre ouvrage communiquer cette conviction à nos lecteurs !

Avant de pénétrer dans le sujet qui va nous occuper, nous devons prévenir qu’on trouvera fréquemment dans l’ouvrage l’emploi des mesures anglaises , mais elles seront aussitôt éclaircies par leur transformation en mesures françaises. D’ailleurs, les mesures anglaises dont nous ferons usage offrent, par leur analogie avec les nôtres, une image nette à l’esprit. En définitive, ces mesures se réduisent à cinq , qu’il est bien facile de se représenter en unités françaises. Ce sont le pied , la livre et la tonne , qui diffèrent à peine de nos mesures de même nom ; le mille , dont tout le monde sait qu’il faut à peu près trois pour faire une lieue ; et enfin la livre sterling, qui vaut à peu près notre louis, et dont une subdivision, le penny, vaut un décime de France.

Pour en donner cependant une idée plus exacte , nous joignons ici un tableau de conversion des mesures anglaises en mesures métriques françaises , d’après l’Annuaire du bureau des longitudes pour l’année 1834. C’est celui qui a servi aux transformations qu’on trouvera dans l’ouvrage.

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Pouce du pied J

Pied

Yard (5 pieds )

Mille ( 1760 yards ou 5280 pieds). • .