CHAPITRE VI

CHEMINS DE FEtt ET TRAMWAYS

I. — Matériel, traction et vitesse. — Les chemins de fer sont des voies munies de rails, réservées à la circulation de trains traînés par des locomotives. On donne le nom de tramways i\ des voies analogues, mais dont la plate-forme, au lieu d'être isolée, reste accessible à la circulation des voitures ordinaires ; les véhicules qui les parcourent sont souvent traînés par des chevaux.

L'idée de munir des voies de rails, pour réduire la résistance au roulement des véhicules, est assez ancienne ; elle a commencé à recevoir des applications multiples au commencement de ce siècle, en môme temps que la machine à vapeur. Dès 181 4, Stephenson avait combiné ces deux inventions, et construit une véritable locomotive, c'est-à-dire une machine à vapeur mobile, avançant grâce ù X adhérence, sur les rails, des roues motrices mises en mouvement par la tige du piston. L'invention de la chaudière tubulaire par Marc Séguin permit de donner à cette machine une puissance bien plus grande, en même temps que le tirage était activé par l'échappement de la vapeur dans la cheminée. La combinaison de ces trois principes dans la Fusée, construite en 1829 par Stephenson pour le chemin de Liverpool à Manchester, en fit la première des locomotives modernes ; elle pesait 4 tonnes, et pouvait traîner 13 tonnes, en palier, à la vitesse de 2fî kilomètres.

La force des machines en usage s'est singulièrement développée depuis lors. Mais les avantages essentiels de l'emploi des chemins de fer sont restés les mômes, savoir : i<* la réduction de la résistance, par le roulement sur une surface dure et lisse; 2° la possibilité d'employer à la traction des machines puissantes et rapides, obtenue en guidant les roues sur un parcours où ne se rencontre aucun ressaut brusque, ni en plan, ni en profil.

Dans Tétude de tout système de transport, le premier élément àenvisagerestrefTortdetractionnécessaire pour déplacer un poids déterminé .

Sur les chemins de fer, dans les alignements droits, comme sur les routes (voir p. 85), cet effort est donné par la formule F = (r + i) P. En général, on exprime la force F en kilogrammes et le poids remorqué P en tonnes ; r est alors le nombre de kilogrammes de force nécessaire pour traîner un poids d'une tonne sur une voie ferrée horizontale, et i la rampe exprimée en millièmes, c'est-à-dire le nombre de millimètres dont on s'élève par mètre parcouru.

D'après le cours de chemins de fer professé par M. Bricka à TEcole des Ponts et Chaussées, on peut donner sur la résistance des trains les indications pratiques suivantes :

Avec une vitesse de 25 à 35 kilomètres à l'heure, qui est, en France, la vitesse ordinaire des trains de marchandises non accélérés, on a r = 5, tandis que sur le3 routes nous avons admis, comme valeur moyenne, r = 25. Ainsi, en palier, l'effort à faire, pour déplacer un môme poids, est 5 fois moindre sur un chemin de fer que sur une route. Mais, comme une môme rampe f augmente cet effort d'une môme quantité sur les deux voies, l'avantage du chemin de fer va en s'atténuant, à mesure que la rampe s'accentue, et que par suite son influence devient prépondérante dans la détermination de Teffort total. Avec une rampe de 10 millimètres par mètre, l'effort de traction, sur

un chemin de fer, est de 15 kilogrammes par tionne, triple de ce qu il est en palier; il dépasse déjà le tiers de l'effort à faire sur une route de métoie inclinaison, qui serait de 35 kilogrammes. A30 millimètres de rampe, la résistance par tonne, sur le chemin de fer, est de 35 kilogrammes, sept fois ce qu'elle est en palier, plus de moitié du chiffre de oo kilogrammes que Ton aurait sur une route. Au delà, Tavantage de la Toie ferrée sur une route ordinaire deviendrait négligeable, en ce qui concerne la dépense de force. On ne dépasse presque jamais, cette limite dans le tracé des chemins de fer; dans ([uelques cas très exceptionnels seulement, on a été jusqu'à des rampes de iO et même 45 pour 1000.

Au delà de ce degré d'inclinaison, on est obligé de substituer à la locomotive ordinaire un autre mode de traction. L'adhérence des roues motrices sur la voie, qui est comprise, suivant Télatdes rails, entre le quart ou le dixième du poids dont ces roues sont chargées, ne serait plus suffisante pour faire avancer un train, même très léger, et elles patineraient sur place. Il existe quelques exemples de chemins de fer à pentes très rapides, de 33 pour 100 ou même 50 pour 100, mus par des appareils à crémaillère, ou par un système de traction funiculaire. Mais alors la voie ferrée n'est plus là que pour guider le véhicule dans sa marche, la résistance due au frottement de\5enant négligeable par rapport à l'effort nécessaire pour faire monter le train.

Pour apprécier la résistance que présentent les trains sur une ligne, il ne sufût pas de tenir compte du profil^ il faut aussi connaître le tracé en plan. Les courbes augmentent, en effet, la résistance à vaincre, en raison de Taugmeniation du frottement due à la rigidité du matériel. Sur une ligne dont la voie a la largeur ordinaire de l'",44 entre les rails, une courbe de 750 mètres de rayon augmente l'effort, par tonne, de i kilogramme par rapport à ce qu'il serait en alignemeait droit; une courbe de 373 mètres l'augmente de 2 kilogr., une

courbe de 250 mètres de 3 kilogr. On ne descend guère audessous de ce rayon, pour les courbes situées en pleine voie, qui doivent être franchies par des trains lancés à toute vitesse.

En dehors des conditions d'établissement de chaque ligne, In vitesse des trains exerce une certaine influence sur Tefifort de traction nécessaire, en raison de la résistance de Pair, et aussi en raison des chocs dus aux inégalités de la voie et aux petits corps étrangers qui la salissent. A une vitesse de 50 ou 55 kilomètres à l'heure, l'effort à faire, pour déplacer un même train, serait augmenté de 1 à 2 kilogrammes par tonne; il serait doublé à la vitesse de 90 ou 100 kilomètres.

Mais en fait, ce ne sont pas les mêmes trains qui circulent aux grandes vitesses qu'aux petites. En effet, T'augmentation de vitesse n'a pas seulement pour conséquence d'augmenter l'effort à faire pour remorquer un même poids ; comme le travail mécanique que Ton peut demander à une locomotive est limité, pour aller plus vite, il faut adopter des types de machines exerçant un effort beaucoup moindre, par application du principe général d'après lequel on perd en force ce que Ton gagne en vitesse. Au lieu de machines à petites roues, qui vont lentement en exerçant un effort considérable, on emploie des^machinesà grandes roues, qui vont plus vite en traînant un poids moindre, et Ton diminue en conséquence le nombre de véhicules des trains; seulement, comme la résistance de l'air dépend plus de la surface de tête que de la longueur, à mesure que le train devient plus court, Teffort de traction par tonne, à vitesse égale, devient plus grand, de sorte que ladépensede travail, par unité de poids transportée à un kilomètre, va en augmentant beaucoup avec la vitesse.

Il ne fautpas oublier, d'ailleurs, que la vitesse à considérer est la ^tesse de pleine marche, très supérieure à la vitesse moyenne, appelée vitesse commerciale ; celle-ci, en effet, dépend du nombre et de la durée des arrêts, et aussi du

temps perdu à chaque arrêt pour le démarrage, d'autant plus long que le train est plus lourd et qu'il doit atteindre une vitesse plus grande. Pour les trains de voyageurs, l'arrêt est aujourd'hui très rapide, car ils doivent tous être munis de freins continus, qui permettent au mécanicien d'agir sur toutes les roues à la fols, en tournant la clef d'un robinet pour enrayer la marche du train.

La vitesse commercialedestrains spéciaux de marchandises est très variable, selon le nombre et la durée des manœuvres qu'ils ont à faire, dans les gares où ils prennent ou laissent une fraction de leur chargement, et aussi des garages qu'ils ont à subir, pour laisser passer les trains plus rapides.

Sur les lignes à faible trafic, le service des voyageurs et des marchandises est fait simultanément par des trains mij^to; mais, à mesure que le développement du trafic le permet, on sépare d'abord le service des voyageurs de celui des marchandises; puis, pour les voyageurs, on distingue les trains express, desservant les relations à grande distance, des trains omnibus, desservant les relations locales.

La vitesse de marche des trains a été constamment en croissant; l'Angleterre, et aujourd'hui les Etats-Unis, tiennent la tête, à cet égard, en avance de quelques. années sur les autres pays. En France, il y a quarante ans, une vitesse commerciale de 50 kilomètres était tout à fait exceptionnelle. Il va vingt ans encore, fort peu de trains atteignaient 60 kilomètres. Le tableau qui figure à côté de la carte insérée page 88 montre la durée des trajets, à diverses époques, sur nos principales lignes. Aujourd'hui, les vitesses ordinaires sont les suivantes:

Vitesse de marche Vitesse commerciale

Trains de marchandises. 15 à 35*^" » »

Trains mixtes 40 à 50*^™ 30 à So^»

Trains omnibus .... 45 à 75'^°^ 34 à 45^»

Trains express. . . . 60 à 80''"' 50 à 60""

Trains rapides 80 à 120»^ 60 à 80*"»

C'est seulement pour des parcours restreints, de 200 à 300 kilomètres, ne comportant pas d'arrêts, ou un seul arrêt intermédiaire, que Ton réalise des vitesses commerciales de 85 et môme 90 kilomètres à l'heure.

En Angleterre, en Amérique, certains trains circulent sur de petites sections, avec une vitesse de 95 à 105 kilomètres; on en cite môme, en Amérique, qui marchent à raison de 110 ou 115 kilomètres, sur des parcours d'une centaine de kilomètres. On a réalisé parfois des vitesses analogues sur des trajets étendus, où une concurrence très vive s'était établie entre deux compagnies ; mais on a bientôt renoncé à ces tours de force, incompatibles avec un service régulier. Aujourd'hui, la vitesse de nos rapides est presque égale aux plus grandes que l'on constate chez nos voisins en service ordinaire,, et, s'il y a encore une certaine différence, elle paraît compensée, chez nous^ par la moindre fréquence des retards.

Malgré ces grandes vitesses, la circulation des voyageurs présente infiniment moins de dangers sur les chemins de fer que sur les routes. Sur 100 millions de voyageurs, on compte en moyenne, en France, depuis dix ans, 20 tués et 104 blessés, c'est-à-dire 14 fois moins de morts et 32 fois moins de blessures que n'en causaient les diligences. Il est vrai que, parmi les agents, le nombre des tués est quintuple et celui des blessés double, en moyenne, du nombre des victimes constatées parmi les voyageurs ; mais la grande majorité de ces malheurs n'est pas causée par des accidents de trains.

Sur les tramways, la vitesse autorisée en France, en pleine marche, ne dépasse pas 20 kilomètres, chiffre qui pourrait être largement augmenté, sans inconvénients, en dehors des villes. Pratiquement, la vitesse commerciale atteint souvent 20 kilomètres dans les campagnes. Elle est infiniment moindre, pour les services urbains, en raison de la fréquence des arrêts, et dépend surtout de l'encombrement des voies.

Lea locomotives ordinaires en usage depuis longtemps sur les grandes lignes sont des machines de 350 à 4Q0 chevaux, consommant environ 2 kilogrammes de charbon par cheval et par heure (i), ou de 8 à 2i> kilogrammes par kilomètre parcouru, selon leur type. Le nombre des roues motrices sur lesquelles agit la bielle est de une ou deux: pour les- machines à grande vitesse, de trois ou quatre pour les machines à marchandises. L'effort de ti-action, en marche, est de 1.800 kilogrammes pour les premières, de 2.500 à 3.000 kilogrammes pour les autres, et elles peuvent donner un effort double au démarrage. Leur poids est de 35 à 40 tonnes, et le tender chargé d'eau et de charbon y ajoute 20 tonnes. Une machine de ce genre, avec son tender, coûte de 75.000 à 100.000 francs.

On constrnit aujourd'hui des machines beaucoup plus puissantes, d'une part pour les trains très rapides, d'autre part pour les trains de marchandises sur les lignes accidentées. Leur force atteint 600 à 1.100 chevaux; elles pèsent plus de 60 tonnes, près de 100 tonnes avec leur tender, et leur prix s'élève en proportion. Par contre, sur les lignes à faible trafic, on emploie des machines-tender dont le poids descend à 20 ou 25 tonnes, et le prix à 40.000 ou 50.000 francs.

Les locomotives représentent déjù un poids mort considérable; celui des wagons et voitures est également hnportant

Pour les voitures à voyageurs, le poids et le prix ont été constamment en croissant, surtoutdans ces dernières années, à mesure cpie Ton s'est appliqué ù donner aux voyageurs une installation plus confortable. Le poids, par place offerte, est aujourd'hui double de ce q\i'il était il y a cinquante ans. U atteint environ 5-20 kilogrammes en i*^** classe, 320 en 2? el 201) </n 3^; dans les voitures à couloir, il atteint 700 ou 800 kgs et va jusqu'à 2.000 dans les voitures de luxe. Mais, comme le

I) L'tH-nrt énorme entre ce chiffre el relui que nous cItoqs indiqué pour les l);aeaii\ a vapeur lient surtout à «e que, sur reux-ci. on peut employer ii».'S m^chines à condensation.

rapport des places occupées aux places oflfertes monte rarement au-dessus de 30 p. 100, et est en moyenne en France de 20 p, 100 seulement, on arrive à traîner plus d'une tonne par voyageur, et même 2 ou 3 pour la 1^ classe. Le prix des voilures vai'ie de 7.000 à. 18.0(X) fr. pour les types ordinaires; il atteint et dépasse 60.0(K) fr. pour les voitures de luxe.

Les wagons à marchandises pèsent de 5 à 8 tonnes et peuvent généralement en porter 8 à 10; mais le chargement effectif n'est guère, en moyenne, que de 3 à 4 tonnes. Le poids mort est donc, au minimum, les deux tiers du poids utile , transporté, et plus souvent le double ou le triple. Les wagons coûtent de 3.000 à 4»000 francs. Itfais, comme leur prix n'augmente pas en proportion de leur capacité'*, on tend à accroître celle-ci de plus en plus. La Compagnie de l'Est construit aujourd'hui, pour les marchandises pondéreuses, des wagons pouvant porter 15 tonnes ; le Nord on emploie de 20 tonnes, et en Amérique, on va jusqu'à 30 tonnes.

La machine représentant une partie constante du poids total déplacé, la charge remorquée décroît rapidement, quand la résistance augmente. Une machine ordinaire à marchandises, qui traîne de 500 h 700 tonnes sur une ligne ayant un petit nombre de pentes de 5 millimètres, n'en traîne plus que 250 à 400 sur des pentes de 10 millimètres, 160 à 250 sur des pentes de 15, et 90 à 100 sur une pente de 30 millimètres. De même, une machine à voyageurs qui traîne 320 tonnes à la vitesse des trains omnibus, n'en remorque plus que 200 à la ▼itesse des trains express.

Les machines exceptionnellement puissantes permettent d'augmenter ces poids, mais en augmentant aussi les frais de traction. Une machine de montagne à quatre essieux couplés traîne, sur les pentes accentuées, un poids supérieur de 25 pour 100 à celui que traînerait une macliine ordinaire. Les rapides les plus accélérés, avec des machines spéciales, atteignent le poids de 200 tonnes comme les express.

Le matériel des lignes à voie étroite, n'ayant qu'un mètre de largeur entre rails, est naturellement moins lourd et moins coûteux. On emploie des machines-tender pesant 13 à 25 tonnes et coûtant de 23.000 à 40.000 francs; les voitures ordinaires à voyageurs coûtent 5.000 à 6.000 francs, et les wagons 2.300 à 3.000 francs.

L'emploi de la traction électrique, sur les chemins de fer, est seulement à Tétat d'essais. Jusqu'ici, il ne paraît pas de nature à abaisser les prix de revient. Mais il peut offrir des avantages sérieux, en supprimant la solidarité qui existe aujourd'hui entre les roues motrices et le piston de l'appareil générateur de force ; or cette solidarité est une des grosses gènes de l'exploitation des lignes accidentées, parce qu'elle a pour conséquence de diminuer le nombre de coups de pistons par minute, quand une résistance exceptionnelle ralentit la marche de la machine, et par suite, de réduire la force motrice précisémentaumoment où elleestle plus nécessaire.

Sur les lignes de tramways urbains, la traction par machines à vapeur offre des inconvénients sérieux, à cause de la fumée qu'elle produit et de la place qu'occupent les machines. Des types particuliers de machines à air comprimé, à chaudières spéciales, y sont employés; mais aujourd'hui, la concurrence s'établit, en réalité, entre la traction animale et la traction électrique, qui se développe de plus en plus. Les accumulateurs restent très lourds, et par suite coûteux; les voitures automotrices de 30 places, dans ce système, pèsent 14 ou 16 tonnes et coûtent environ 30.000 francs. La dépense est bien moindre, quand on emploie la force motrice produite dans des usines et transmise aux diverses voitures par un fil aérien, par une barre placée dans un caniveau souterrain, ou par un rail central ou latéral si la voie est inaccessible au public. Une voiture automotrice à trolley pèse 9 à 10 tonnes et coûte environ 20.000 francs.

Un des grands avantages de la traction électrique, pour les services urbains, résulte de la possibilité de déployer une force considérable au démarrage. Elle diminue ainsi la perte de tomps causée par les arrêts très fréquents sur les lignes urbaines, et permet d'augmenter la vitesse commerciale dans une mesure considérable. Tandis que cette vitesse n'est guère que de 7 ou 8 kilomètres avec les lignes à traction animale, elle atteint 10 ou 12 kilomètres avec la traction électrique; en Amérique, on arrive, dans ce dernier cas, à des vitesses commerciales de 12 ù 16 kilomètres, et à 40, 50, ou même 60 kilomètres, si la plate-forme est entièrement dégagée.

Les voitures des tramways urbains à traction animale, ou les voitures d'attelage, remorquées par les automotrices, à 40 ou oO places, pèsent de 2 à 3 tonnes et coûtent 6.000 à 8.000 fr.

II. — Prix de [revient des transports. — Pour les divers uiodes de transport que nous avons étudiés jusqu'ici, le prix de revient est le régulateur des prix effectivement payés; les indications les plus précises que Ton puisse donner à son sujet rassortent donc de l'examen de ces prix, par lequel nous avons terminé chacun des chapitres précédents.

Il n'en estpas de môme sur les chemins de fer. L'exploitation de chaque ligne constituant nécessairement un monopole, les prix perçus résultent, non d'un débat engagé, pour chaque transport, entre les intéressés, sous la pression de la concurrence, mais de tarifs établis par l'exploitant. Le prix de revient des transports n'est qu*un des éléments de la détermination de ces tarifs, puisqu'ils comprennent une part de péage susceptible de varier, entre des limites bien plus étendues que le prix de revient, selon ce que la marchandise peut payer, et selon les conditions de la concurrence. Néanmoins, le prix de revient joue un rôle dans la fixation des tarifs, et ce rôle devient même prépondérant, quand il s'agit de transports à très bas prix, pour lesquels le péage est nul ou presque nul. Il est par

suite nécessaire de s'en fair^ une idée approximative, même quand on étudie les chemins de fer au point de vue purement commercial. Nous devons donc faire du prix de revient, et des causes qui le modifient, Fobjet d'une étude spéciale, indépendante de rétude, beaucoup plus étendue, que nous ferons des tarifs dans le chapitre suivant.

Dans l'étude du prix de revient, il importe de ne pas perdre de vue la distinction, sur laquelle nous avons déjà insisté, entre le prix de revient moyen d'un ensemble de transports, et le prix de revient d'un tra,nsport spécial, considéré comme venant s'ajouter à un courant de trafic préexistant. Cette distinction doit être faite pour tous les modes de transport; mais, en matière de chemins de fer, elle prend une importance toute particulière, parce qu'il y a un minimum de service qui s'impose, quelque insignifiant que soit le trafic, et qui constitue une dépense constante, en sorte que les frais sont très loin d'être proportionnels aux quantités transportées. D'autre part, le prix de revient partiel est particulièrement difficile à établir, parce qu'en raison de l'unité d'exploitation qui découle de la nature même descheminsde fer, l'ensemble des dépenses d'un réseau forme un tout, dans lequel on a peine à discerner ce qui correspond à un transport spécj^l.

La difficulté que l'on éprouve à déterminer les dépenses corrélatives de chaque transport est encore augmentée par ce fait, que le service des chemins de fer comprend deux branches distinctes, les voyageurs et les marchandises, dont l'importance est presque égale, et qui n'ont pour ainsi dire pas de commune mesure. Il est nécessaire, cependant, de répartir entre ces deux ordres de transports les dépenses communes, qui sont fort nombreuses. L'expérience a conduit à admettre, dans un grand nombre de cas, que le transport d'un voyageur coûte à peu près autant, par kilomètre, que celui d'une tonne de marchandises en petite vitesse. Si le voyageur est moirs lourd, il exige plus de ménagements, et un examen atlenlï