ET DES CHEMINS DE FER

Les machines locomotives et les voies ferrées qui, par leur réunion , constituent le mode de traction désigné par cette expression caractéristique a les chemins de fer », ont acquis aujourd'hui l'importance d'une science et d'une industrie toute spéciale , capables de faire le sujet de bien des volumes , en dehors même des traités relatifs aux moteurs à vapeur, qui en sont pourtant la base primordiale;

Il ne peut entrer dans notre esprit de traiter ici r industrie des chemins de fer (t), qui embrasse à la fois les travaux d'arts le matériel fixe et le matériel roulant ; nous désirons seulement faire connaître Tétat de transformation que le simple moteur à vapeur fixe a dû subir pour devenir une machine locomotive.

Envisagé de ce point de vue, il est naturel que notre travail commence par quelques détails sur les premiers essais qui ont été tentés dans cette direction.

Pour cet aperçu historique^ ainsi que pour .un grand nombre de documents publiés sur les chemins de fer, nous avons eu recours particulièrement aux excellents traités spéciaux de MH. Auguste Perdonnet , Le Chatelier, E. Flachat, Petiet et Polonceau, ingénieurs dont la France s'honore et auxquels nous devons tant pour l'établissement de notre grand réseau de voies ferrées. Nous avons également à citer les consciencieuses recherches de M. L. Figuier^ qui a résumé d'une façon très-remarquable Thistoire des moteurs à vapeur.

(1) Sous ce titre, MM. Armengaud frères ont publié dès 1838, c*est-à-dire presque à Torigiae de Tapplication des chemins de fer en France, un ouvrage illustré comprenant les appareils moteurs et autres alors en usage, et qui , depuis cette époque, ont été considérablement modifiés et perfectionnés.

pasMziaBS rozTuaBS a tapsur bt IiOoomovztbs

CuGNOT (1769 et 1770). — En France et en Angléterro, ces deux nations noblement rivales en industrie, on est cependant d*accord pour reconnaître que c'est un ingénieur français qui fit le premier l'applicaiion de la puissance de la vapeur comme engin locomoteur, propre au transport sur terre; il est vrai que cet essai fut infructueux, mais il sufTit pour donner naissance, par l'exemple, à d'autres plus réalisables.

L'idée pure et simple de faire mouvoir les roues de voitures au moyen de la vapeur a été émise, en 1759, par le docteur Robison, qui devint plus tard professeur à l'Université de Glasgow. Maisen 1769, un Français, Cugnot (Nicolas-Joseph), mit celte idée à exécution.

CugQot, né en Lorraine, en 1725, était un ingénieur qui s'était distingué particulièrement dans l'art de l'artillerie. Aidé du maréchal de Saxe, il construisit d'abord une petite voiture à vapeur qui n'eut que fort peu de réussite, à cause, dit-on, surtout des pompes alimentaires qui ne fonctionnaient pas convenablement; elle marchait très-lentement, à la vitesse d'une lieue à l'heure et pendant un quart d*heure seulement , après quoi il fallait l'airéter pendant un quart d'heure pour alimenter. Malgré le peu de succès de cette première tentative, le ministre Choiseul chargea Cugnot de la construction d'une autre machine qui fut mieux disposée et plus puissante. Cugnot se mit à l'œuvre et fit une seconde machine à laquelle il donna le nom de : fardier à vapeur.

Cet appareil, que Ton peut voir encore aujourd'hui au Conservatoire des arts et métiers de Paris , dans la salle des machines en mouvement où. il a été exposé après réparation, possède à peu près la structure d'un haquet ordinaire, et devait être capable de transporter une lourde pièce d'artillerie. Il est composé de deux longrines en charpente supportées par deux roues à l'arrière et d'une autre h l'avaut; celle-ci, qui devait faire l'office de roue motrice, est striée à sa circonférence pour mieux mordre sur le sol de la route. Son axe est en rapport avec le mécanisme de deux cylindres de cuivre placés verticalement, fonctionnant à simple effet et recevant la vapeur à'une chaudière, ou sorte de marmite, suspendue sur l'avant du haquet.

Cette chaudière est formée , en effet, d'un cône tronqué surmonté d'une coupole à peu près hémisphérique; le foyer est placé au-dessous. Dépourvue d'organes convenables pour la diriger et la maîtriser, et la chaudière d'une trop faible dimension, cette machine ne pouvait fonctionner utilement ni marcher vite et d'une manière continue. Cependant elle a été essayée en traînant une forte charge, et , dans cette expérience, ne pouvant régler sa marche, elle s'est précipitée sur un mur qu'elle a renversé.

Cet accident, joint à la retraite du ministre Choiseul qui protégeait l'auteur, fit que la machine fut mise de côté. Cependant Cugnot n'est pas resté complètement

ouUié , car il reçut du gouyememeut une pension de 600 livres. Beaucoup plus tard» et sur Tavis du ministre Rolland , on s'occupa de nouveau de la niiehine de Cugnot; enfin, sous le consulat, on se ressouvint encore du vieil ingénieur, qui avait atteint soixante-quinze ans, et sa pension fut augmentée de 400 livres.

Cugnot est mort en 1804 , à l'âge de soixanto-dix-neuf ans.

En résumé , les essais de Cugnot , parce qu'ils sont les premiers , méritent d'être mentionnés dans l'histoire de la locomotion, quoiqu'ils n'y aient apporté que peu de lumière. Cet homme intelligent, courageux dans la tâche qu'il s'étt'iit imposée , semble néanmoins avoir méconnu les difficultés qu'il devait rencontrer et qu'appréciaient probablemeiit les autres ingénieurs expérimentés, à cette époque , dans l'art de la construction des machines à vapeur. Ainsi , il adopta bien deux cylindres pour commander la roue motrice, mais comme ils étiaient à simple effet, c'est comme s'il n'y en avait eu qu'un seul à double effet. Il ne fit pas foire un pas à la question de la chaudière, à laquelle il eût fallu- d'abord donner d'énormes dimensions pour qu'elle fût suffisante (ce qui demeura longtemps un obstacle insurmontable); il avait adopté, au contraire , un système qui était même abandonné déjà pour les machines fixes.

Quoi qu'il en soit, le nom de Cugnot restera attaché désormais à l'histoire des voitures à vapeur; émettre une idée c'est beaucoup, essayer de la mettre à exécution n'est pas moins méritoire.

Oliver Évans (1800), — En 1773, Oliver Évans, Jeune ouvrier charron à Philadelphie, ayant vu fonctionner, dit M. L, Figuier, auquel nous empruntons ces détails, un pétard de NoBl, sorte de canon à vapeur qui sert de jouet aux enfants, en Amérique, eut l'idée d'appliquer la vapeur comme force motrice, et reconnut bientôt que cette idée était déjà mise à exécution dans d'autres pays. Mais il pensa, ainsi que Leupold (t. i«% p. iOS), qu'au lieu d'employer simplement la vapeur à faire le vide, on devait utiliser directement sa force élastique, et finalement il devint l'inventeur et le constructeur des premières machines à haute pression. Bientôt il songea à. faire i'application de ces machines à des voitures à vapeur ; mais longtemps rebuté, an lieu d'être encouragé dans ses essais, ce n'est que beaucoup plus tard, en 4800, qu'il mit cette idée à exécution, et construisit une voiture à vapeur qui fit ses premiers pas dans les rues de Philadelphie.

Cette expérience causa beaucoup de surprise, sans délniire néanmoins la prévention qui existait dans le public contre ses résultats. Il est aisé de concevoir que si aujourd'hui, avec toute Texpérience acquise pour ce genre de construction, on n'est pas encore parvenu à faire une bonne voiture & vapeur, c'est-à-dire une locomotive roulant sur les routes ordinaires^ celle d'Évans devait sembler bien éloignée du but à atteindre; on eut seulement le tort de n'en soupçonner aucunement l'avenir et'iC^'abandonner presque complètement l'auteur et ses tentatives.

Aussi Oliver Évans revijit-il à la construction des machines ordinaires et des moulins qui ont rendu son nom célèbre. Hais dans un moment où il espérait trouver des capitaux en Aïigleipcfe pour ses nouvelles machines locomotives, il avait envoyé

ses plans, ei nous verrons bientôt qu'ils aidèrent d'autres ingénieurs dans des essais plus heureux et mieux accueillis.

Oliver Évans n'eut pas la consolation d'être témoin des résultats prodigieux qu'eurent' bientôt ses propres idées, car il mourut quatre jours après qu^un incendie détruisit complètement ses ateliers le 11 mars 1819.

Galy-Cazalat, Dietz^ Hamond. — Depuis cette époque, plusieurs ingénieurs de mérite ont essayé de construire des voilures à vnpeur, pour voyager sur les routes ordinaires. Ainsi on a beaucoup parlé, en France, de Tingénieux appareil de M. Galy-€azalaty qui, avec uue ardeur digne d*un meilleur sort, s'est longtemps occupé de ce problème, et à qui, en définitive, l'on ne doit pas moins des découvertes très-remarquables.

M. Hamond, qui de 183S à 1834 avait su rétablir les grands ateliers de construction de machines à Charenton, avait également proposé et essayé une voiture à vapeur que l'on vit rouler sur quelques routes unies.

M. Dielz, constructeur habile, qui depuis bien des années est allé se fixer à Bordeaux où il a acquis une juste réputation pour l'exécution de machines à vapeur, moulins à blé et appareils de navigation, s'était aussi, dans les premiers temps de son séjour à Paris, adonné aux voitures h vapeur, qui d'ailleurs firent un certain bruit, parce qu'elles purent transporter sur la route de Versailles jusqu'à vingt et trente personnes.

Trevithick el Vivian (1804)r— Ces ingénieurs, à l'imitation d'OlLver Évans, construisirent, dès 1801, des machines à haute pression et des voilures à vapeur. Ces voitures consistaient généralement en une caisse pour recevoir la charge, avec une chaudière et un cylindre horizontal qui actionnait l'essieii coudé des roues motrices à l'aide de bielles. Mais ils ne iardèivnt pas à reconnaître le peu de succès que l'on obtient en faisant rouler de tels véhicules sur des roules ordinaires, tantôt de niveau, tantôt en pente, et donnant lieu à unfrotlement considérable. Ils eurent alors ridée heureuse d'appliquer leur voiture sur des chemins à rails. Ce mode de route était depuis longtemps employé en Angleterre où l'on avait d'abord garni de bandes de bois des chemins qui reliaient des houillères avec leur lieu de débouché, et qui étaient parcourus par des chariots ordinaires, remorqués par des chevaux; puis ces rails de bois avaient été garnis à leur tour de plates-bandes en fer, parce qu'ils s'usaient trop vite; enfin tout cela fut remplacé par des rails saillants en fonte coulée, et bientôt par des rails en fer, et les roues des véhicules garnies de rebords pour se maintenir sur les rails.

C'est en 1804 et sur le chemin de fer de Merthyr-Tydwil, dans le pays de Galles, que Trevithick et Vivian firent l'essai de leur voiture à vapeur qui rçmorqua une charge de quelque importance, dix tonnes, mais à la faible vitesse de huit kilomètres à l'heure.

Voici donc la première locomotive et la première application de la vapeur sur

une route ferrée. Mais il existait encore une difficulté, imaginaire il est vrai, et qui cependant suspendit le progrès réel pendant très-longtemps encore.

Personne ne voulait admettre que l'adhérence simple des roues motrices d'une locomotive sur la voie ferrée, sous l'influence de la charge qui les y tient appuyées, fût suffisante pour entraîner un convoi proportionné. à la puissance motrice, et, au lieu d'en appeler directement à l'expérience, on indiquait toute espèce de procédés, aussi défectueux les uns que les autres, pour forcer la roue de la locomotive à mordre le rail. Trevithick et Vivian recommandaient de rendre la jante de la roue raboteuse, soit en y pratiquant des rainures transversales, soit en la garnissant de clous ou pointes saillantes. Enfin, une telle erreur apporta un véritable obstacle au développement de celte nouvelle industrie et donna naissance à diverses tentatives que nous allons rappeler.

Blenkinsop (1811). — En se basant sur ce raisonnement erroné, un ingénieur anglais, M. Blenkinsop, construisit une machine locomotive dans le système suivant : la chaudière était, un corps cyliùdrique renfermant un foyer intérieur, comme l'avait fait d'abord Oliver Évans; elle était montée sur un châssis porté par quatre roues qui n'avaient pour fonction que de supporter l'ensemble sur les deux rails; celte chaudière était surmontée de deux cylindres moteurs verticaux, qui actionnaient un mécanisme composé, principalement, d'une grande roue dentée engrenant avec une crémaillère placée au centre de la voie. De cette façon, comme nous venons de le dire, les deux rails extérieurs servaient seulement de supports, et tout l'efiTort d'enlràlnement s'exerçait sur la crémaillère centrale : c'était une sorte de louage sur la terre.

Disons en passant que d'autres inventeurs ont, en effet, proposé en 1812 l'emploi d'une véritable chaîne s'enroulant sur un tambour appartenant à la machine, et mis en mouvement par elle.

Si le défaut d'adhérence eûtété un obstacle réel à la locomotion, ilest probable que le procédé de Blenkinsop eût été le moins mauvais à adopter. De nos jours, nous avens vu le même essai renouvelé par H. le marquis de Jouffroy, qui voulait gravir des rampes très-prononcées; seulement la roue dentée^ ordinaire était remplacée par une grande poulie à joues chaussée d'une couronne striée, en bois dur.

Blakett (1813). — Nous passons sous silence un grand nombre d'essais du même genre, tel qu'une machine de H. Bruuton, qui^ ainsi qu'on l'a proposé plusieurs fois depuis, était armée de jambes articulées, comme celles du cheval; et qui devaient, mises en mouvement par la vapeur, prendre leurs points d'appui sûr les rails et entraîner le convoi. Nous voulons arriver de suite aux expériences qui mirent fin à cet état de chose, et placer la locomotion dans ses conditions définitives.

Un ingénieur très-distingué, M. Blakett, eut enfin l'heureuse idée de faire ce que ses devanciers avaient négligé. Il fit directement l'expérience du degré d'adhérence qui peut résulter d'une machine reposant sur les rails par des roues lisses, et reconnut bienlôt que, lorsque le poids de la machine est considérable, l'effort qu'il

fiiQt exercer pour foire tourner les roues sur elles-mêmes, en frottant sur les rails, est sufGsant pour eittrâlner dos charges ittiporlantes sur un ohemm de niteau, et même avec une certaine încKnaiaon.

En effet, les roues d'une machine quoique tournées et presque polies et les ratls complètement lisses, il existe entre les deux pièces un contact, une rugosité, en apparence insensible, qui néanmoins, sous une charge suttisanfe, détermineun engrenage naturel qui remplit parfaitement les conditions du problème. Il est vrai que si les parties en contact élaieilt excessivement polies ou lubrifiées, ^adhérence diminuerait, nais elle ne serait jamais détruite; l'efiort tl^entratnementdeviendratt seulement moindre pour la même charge, ou le même poids de machine.

A dater de ces expériences, la locomotive put prendre tout son essor; on se trouvait débarrassé du souci d'exécuter des voies raboteuses et des mécanismes absorbant par leur frottement la plus grande partie de la force motrice, el qui d'ailleurs ne possédaient aucune condition de solidité, et partant de durée ni de sécurité. Le mode d'action de la machine sur la voie était trouvé, et on acquit la foi dans l'avenir de la grande invention : Il restait à perfectionner la machine, ce qui seUt assez promptemeitt.

Gkoroe STEi^HENseN (1814 et ISltt). — L'ingénieur dont le nom se rattache «vec tant d*éclat aux progrès de la construction des anachines locomotives en esécuta successivement plusieurs de 1814 à 1H16, dans lesqudles on voU rassemblées les dispositions suivantes : chaudière à foyer intérieur; deux cylindres verticaux; trois paires de roues mises en relation, d'abord par une chaîne sans fin, et ensuite deux paires de roues seulement réunies par des bielles extérieures d'accouplé* menf» afin de profiter de leur adhérence collective.

Ce dernier point fut un procédé très^habile pour profiter de la découverte de Blakett. On conçoit que le degré d'adhérence étant dépendant ie la charge sur la paire de roues actionnée par le mécanisme des cylindres, et chaque paire de roues ne supportant qu'une partie plus ou moins grande du poids total de la machine, Tadhérence utilisable est proportionnelle à cette même partie du poids, si ta paire de roues correspondante est sevle en rapport avec ta force motrice. Mais si toutes les paires de roues sont commandées, l'adhérence utile devient proportionnelle lui poids total de la machine.

On sait combien, de nos jours, cette disposition est mise à profit pour les machines dites mixtes et à marchandises, dont deux des trois paires de roues, ou même les trois paires, sont connexées par des bielles. Il est à peine nécessaire d'ajouter que les roues connexées doivent être rigoureusement d'égal diamètre, puisqu'elles doivent fournir en tournant un développement circonférentiel égal.

Amenées à cet état, avec injection de vapeur dans la cheminée (1), et munies de kn-

(1) Ce perfectionBemeat, oontesté par quelques peraonnee à G. Stephemen, lui est formeUement attribué per rboBorable et samnt'lL Auguste Perdonnet.

On De doit pas oublier que Maonoury d*Ectot, dans un breret pris par lui, en 1818, faisait connaître tout le parti qu*il est possible de tirer d*un Jet de vapeur dans un emploi analogue (t. I", p. 447).

HISTORIQUE SUR LES LOCOMOTIVES. Ml

ders, ou chariots séparés servant pour Tapprovisionnement du combusUblc, les locomotives de G. Stephenson fonctionnèrent pendant quatorze ans sans modifications fondamentales; cependant on y apporta bien des améliorations de détail, telles que celles concernant le mécanisme des tiroii*s^ les pompes alimentaires, la suspension sur ressorts, etc. Ces premières machines étaijent appliquées, du reste, exclusivement au transport des houilles ou des marchandises, sans que Ton pût concevoir Tcspoir d'arriver à transporter des voyageurs^ car leur vitesse était trèsfaible. En général elles étaient peu puissantes comparativement aux machines modernes. Elles pesaient environ 10 tonnes et en remorquaient 30, à une vitesse de 10 kilomètres à l'heure.

Ceci résume ce que l'on pourrait appeler la première époque des locomotives,' caractérisée par le système de chaudière employée, qui en limitait forcément la vitesse et la puissance. La période suivante ouvre au contraire l'ère de leur succès et de leur immense extension.

Marc Séguin (1838 )« — H. Séguin est neveu de l'illustre Hontgolficr et ne mérite pas moins l'illustration que son oncle. Hontgolfier créa^ presque d'un seul jet, la science aérostatique, qui malheureusement, jusqu'à ce jour, semble ne pouvoir dépasser en utilité les vues primitives de ce grand inventeur. Marc Séguin n'a fait que perfectionner la locomotive; mais ce perfectionnement seul lui ouvrit des horizons sans limites, et lui donna une seconde fois la vie.

HM. Séguin frères avaient obtenu la concession du chemin de fer deSaint-Étienne à Lyon, le premier qui fut établi en France. Comme il ne se faisait pas encore chez nous de locomotives, on en fit venir deux des ateliers de Stephenson, dont l'une fut envoyée au chemin de Saint-Étienne, pour servir de modèle à celles qu'on se proposait d'y construire, et l'autre à Ârras pour être étudiée dans les ateliers de M. Hallette.

M. Séguin ne tarda pas à être frappé, comme on avait pu Tétre en Angleterre, de l'extrême lenteur de cette macliine qui dépassait peu la vitesse des chevaux de roulage; il constata surtout que ce défaut provenait du peu d*étendue de la surface de chaufie de la chaudière, qui n'aurait pas permis une plus grande production de vapeur. Les chaudières appliquées jusque-là étaient du système à foyer intérieur, c'està-dire un corps cylindrique principal renfermant un bouilleur-foyer, à l'intérieur duquel on faisait le feu, et communiquant directement avec le conduit de cheminée, sans retour de flamme. Alors il eut l'heureuse idée d'employer un système dont il avait fait l'application, en i82o et 1826, sur un bateau du Rhône : c'était la chandiére tubxUaire, invention immense dans ses résultats et dont l'introduction sur les chemins de fer et dans la navigation à vapeur devait changer la face du monde (1).

En employant les tubes, M. Séguin se préoccupa d'améliorer le tirage du foyer^ qui pouvait se trouver compromis par la résistance qui en résultait naturellement

(1) NouB avons fait connaître ce système dans un article spécial du I'^'^ volume de ce Traité, en rappelant le nom de son premier inventeur qui f\it complètement ignoré , ce qui permet de donner à Marc Séguin le titre de : swond inventeur des chaudières tubulaires.