Les chemins de fer et locomotives à vapeur.

- juin 23, 2020

"" L'âge d'or de la vapeur ""

Réseau HOE ou 1/87.

Historique : L'Encyclopédie illustrée des transports, par Jan Tûma, aux éditions Gründ, Paris 1978.

(Traduction de Jean et Renée Karel).

Réalisation diorama et réseau par mon ami Bruno Rondeaux.

Historique : Dix ans après la réussite de la ""Fusée"" deStephenson, il y avait déjà près de 1000 km de voie ferrées. Partout où passaient les rails, fleurissaient l'industrie et le commerce. Aux Etats-Unis, la voie ferrée permit l'exploitation des terres vierges et autour des gares de bois naissaient des villes nouvelles. Les locomotives de Stephenson étaient expédiées démontées, dans des caisses, jusqu'aux voies ferrées; plus tard, elles furent remplacées par des locomotives américaines.

"" Les locomotives à vapeur ""

Les locomotives des premières voies ferrées Stephenson n'avait doté les locomotives de la célèbre ligne Liverpool-Manchester que de quatre roues : deux directrices, deux roues motrices. Le mécanicien, le chauffeur et le garde-frein étaient exposés à la pluis, au froid et aux intempéries, de même que les voyageurs des 3ème et 4ème classe; la cheminée crachait une fumée noire et des escarbilles. Seuls, les voyageurs des 1ère et 2ème classe étaient tant bien que mal protégés par des vitres. Mais ces gens étaient habitués à des conditions bien pires dans les lourdes diligences à chevaux et les chemins de fer leur semblaient un progrès.

La ""Fusée"" de Stefenson (Grande-Bretagne) participe à une manifestation de modélisme à Cannes en France.

Source: Les trains (1001 photos) aux éditions de Noyelles en septembre 2006.

Les Etats-Unis ne voulurent pas être de reste. En 1928 l'ingénieur Allen, récemment émigré d'Europe, fit fonctionner quatre locomotive sur la voie de Quincy, où on ne connaissait que la traction animale. La première, appelée ""Stourbridge Lion"", fit son premier voyage en août 1829. Elle abîma tellement les rails que son premier voyage fut aussi le dernier. La deuxième, ""The best Friend of Charleston"", fut accueillie dans cette ville par 21 coups de canon et un défilé, mais sa chaudière éclata. L'essai suivant fut effectué par la locomotive ""Tom Thumb"" des ateliers de construction mécanique de Baltimore. Elle était très différente des locomotives européennes; son châssis était plat, la chaudière cylindrique, munie d'une cheminée, était au centre; la machine à vapeur avait des cylindres verticaux qui actionnaient un arbre transmettant la puissance par un engrenage sur les roues motrices. Le mécanicien était sur la plate-forme arrière, comme sur la locomotive américaine ""Atlantic"", modèle plus perfectionné, qui en 1832, avec d'autres locomotives américaines ou européennes desservaient la première ligne régulière américaine, Baltimore-Ohio.
Aux grandes vitesses, les locomotives souffraient de certains défauts de roulement. Après le déraillement du train Paris-Versailles, où périrent 57 personnes, Stephenson et les autres constructeurs ajoutèrent un essieu supplémentaires. Ce type de locomotive marqué 1A1 (selon les habitudes internationales, les chiffres arabes indiquaient le nombre d'essieux porteurs, la place de la lettre dans l'alphabet donnant le nombre d'essieux moteurs) fonctionna plusieurs dizaines d'années. Stephenson fabrica ensuite une nouvelle série de locomotives qu'il appela ""Patentee"". par rapport à la ""Rocket"", elles avaient une surface de chauffe supérieure (le nombre de conduits chauffant passa de 25 à 130) le poids passa à 9 tonnes et la puissance atteignit jusqu'à 30 kW (40 CV). L'une d'elles, nommée ""Adler"", inaugura le 7 décembre 1835, le trafic sur la première voie ferrée allemande de 6 km entre Nuremberg et Fürth. Le fameux mécanicien William Wilson la conduisait fièrement, coiffé de son chapeau haut-de-forme; on dit que son salaire était deux fois et demi supérieur à celui du directeur de l'exploitation.

Réplique de la locomotive ""Atlantic"" de 1832 et de 2 wagons-calèches du premier chemin de fer nord-américain Baltimore-Ohio (photo Smithsonian Institution Washington).

La locomotive ""Adler"" de Stephenson a inauguré, en 1835, la 1ère ligne de chemin de fer allemand Nuremberg-Fürth. Elle avait une puissance de 30kW.

Source des deux photos: L'Encyclopédie des transports aux éditions Gründ, Paris 1978.

Le 29 octobre 1938 partit, en grande cérémonie, un train de Berlin pour Postdam, traîné par une autre locomotive de Stephenson. Les riches voyageurs étaient installés dans des ""voitures-carrosses"", alors que les moins fortunés devaient se contenter des banquettes dures des Bankenwagen. Des wagons plats, attelés à la fin du train, pouvaient transporter des voitures. Comme partout ailleurs à cette époque, le train ne roulait que de jour.

Le 6 avril 1839, fut mise en service une voie ferrée de Leipzig à Dresde, posée sur des rails Vignoles de 6 cm de haut. Elle passait, près de Oberau, pa run tunnel de 500 mètres de long, très admiré à l'époque. Aux locomotives de Stephenson et à celles importées des Etats-Unis, vint s'ajouter, en 1838, la première locomotive allemande ""Saxonia"", type B1, construite par le Pr Schubert Übigau.

Les trains devenaient plus longs, donc plus lourds et devaient souvent grimper des pentes; il fallut accroître la puissance du moteur à vapeur. On commença, après 1845, à construire des locomotives à longues chaudières. Leur foyer vertical avait la forme d'une petite chapelle, terminée en haut par une chambre de vapeur. A l'autre extrémité de la chaudière se trouvaient la chambre à fumée et la cheminée. Sur la première ligne de montage édifiée entre Zurich et Baden (baptisée Spanische Brodli Bahn, d'après le nom d'une pâtisserie populaire en Suisse et dont la voie rappelait la forme contournée) apparut une nouvelle série de locomotives, les 2A. Les locomotives n'avaient alors qu'un seul essieu moteur et elles n'étaient pas sûres à grande vitesse. Après une catastrophe qui se produisit en 1851, près de Gütersloh (au cours duquel fut blessé le prince royal Frédéric-Guillaume), les constructeurs européens commencèrent à utiliser deux essieux moteurs conjugués (série B).

Pour escalader les pentes alpines, on adjoignit un troisième essieu moteur (série C), tandis qu'à la même époque, les locomotives américaines avaient 4 essieux (série D).

Les locomotives traînaient derrière elles le tender qui transportait l'eau et le charbon; après 1860, les locomotives desservant les lignes courtes, furent équipées de réservoirs qui contenaient l'eau et le charbon et étaient situés sur les côtés de la chaudière. Ces locomotives avait une meilleure adhérence et firent leurs preuves même en montagne.

L'une des premières locomotives suisses baptisée ""Genf"" (Genève)figure en bonne place au musée suisse des Transports de Lucerne.

Source: Les trains (1001 photos) aux éditions De Noyelles en septembre 2006.

Locomotive à tender Muldenthal, construite en 1861 par R. Hartmann, de Chemnitz; vitesse 50 km/h (photo Verkehrsmuseum, Dresde).

Source: L'Encyclopédie des transports aux éditions Gründ, Paris 1978.

"" Locomotives à roues géantes ""

L'ingénieur anglais Crampton essaya d'accroître la vitesse en utilisant un essieu moteur aux roues de grand diamètre. Cet essieu dut être placé derrière la chaudière et les locomotives de ce type en furent beaucoup plus longues. La pression de la vapeur fut montée jusqu'à 0,8 MPa, la surface de chauffe passa à 180 mètres carrés.. Dès 1846, la locomotive de Crampton porta le record de vitesse à 120 km/h. Dix ans plus tard, les Anglais placèrent au milieu de la locomotive des roues d'un si grand diamètre qu'elles arrivaient à la hauteur de la chaudière. Ce type de locomotive s'appelait "Big Whell" et la plus célèbre, ""Lady of Lake"", fut construite en 1859 par J. Ramsbottom pour le London and North Western Railway.

La locomotive Crampton n°79 avec l'essieu moteur aux roues de grand diamètre.

Source: Collection personnelle de mon ami Michel Diwo.

"" Les voies ferrées dans les Alpes ""

Les chemins de fer avaient été conçus pour des pays de plaines. Stephenson avait proposé, pour franchir les hauteurs, la construction d'une rampe, sur laquelle un treuil à vapeur aurait tiré les wagons au bout d'un câble. On envisagea ce procédé pour joindre Viennes à Trieste, ce qui exigeait de franchir les Alpes. Le chevalier Karl von Ghega conçut et réalisa une voie ferrée passant par le col du Semmering. Le 12 avril 1854, le premier train franchit le Semmering, en passant sous 5 tunnels et sur 135 ponts, avec une pente moyenne de 25 %. Il était traîné par une locomotive ""Mürzsteg"", à trois essieux moteurs. Le poids du tender fut judicieusement utiliser pour augmenter l'adhérence. C'est ainsi que les chemins de fer triomphèrent des derniers obstacles dans leur conquête de l'espace.

"" Les locomotives américaines ""

Elles eurent un développement plus rapide que les locomotives européennes. Leurs constructeurs, bien qu'employant le bois comme combustible, utilisèrent une pression deux à trois fois supérieure de la vapeur et améliorèrent ainsi le rendement de leurs engins. Les locomotives de l'époque de la conquête de l'Ouest avaient une courte cheminée en forme de cône renversé et à l'avant, une énorme lanterne et une cloche de cuivre, remplacée ensuite par un sifflet. Le devant était muni d'une grille baptisé "cow-catcher" (attrape-vaches), qui chassait des rails tous les animaux de la prairie qui gênaient la marche du convoi. Pendant que les Européens souffraient de la pluie et des frimas, à l'air libre sur leurs machines, les mécaniciens américains étaient assis sur des sièges confortables, dans des cabines fermées et souvent peintes de couleurs gaies.

Locomotive du type 2' C 2 de la fin des années 90, qui parcourait les chemins de fer du Pacifique.

Source: L'Encyclopédie des transport aux éditions Gründ, Paris 1978.

"" Le perfectionnement des locomotives ""

Il commença dans les années 70. La distribution d'eau de Stephenson avait été remplacée en 1844 par celle de Walschaerts et, à partir de 1849, par celle de Heusinger; en améliorant l'utilisation de l'expansion de la vapeur, on abaissa la consommation d'eau et par suite celle de combustible d'un bon quart. L'eau était puisée dans le tender à l'aide d'un injecteur à vapeur, inventé par le français Giffard en 1858.

A la fin de 1870, on construisait des locomotives de 14 tonnes de pression sur l’essieu, de 1,2 MPa de pression de vapeur, et comportant habituellement 2 ou 3 cylindres. Seules les élégantes locomotives britanniques de l'ère victorienne avaient, comme jadis les ""Patentee"", leurs cylindres à l'intérieur du châssis. Les locomotives ""compound"" ont amené une augmentation considérable de la puissance de la vapeur en même temps qu'une diminution tout aussi grande de la consommation de charbon.

Dans ces locomotives, la vapeur était d'abord acheminée dans un cylindre à haute pression, puis dans un cylindre à basse pression et rejeté ensuite dans l'atmosphère. Cette locomotive fut présentée pour la première fois en 1878 par l’ingénieur suisse Mallet. Elle était destinée à mener des convois sur une voie de montagne très difficile à virages resserrés. C'est pourquoi "Mallet" divisa sa locomotive en deux parties (on appelle toujours ce type, la locomotive articulée de "Mallet".

Locomotive française à vapeur du type 2' C construite en 1914, avec tiroir cylindrique et distribution Heusinger.

Source: L'Encyclopédie des transports aux éditions Gründ, Paris 1978.

La locomotive à voie métrique type "Mallet" n°403 a été rénovée pour circuler sur le Mastrou (Ardèche, France).

Source: Les trains (1001 photos) aux éditions de Noyelles en septembre 2006.

Le premier bogie devait aussi moteur. Ces locomotives articulées ont été perfectionnées et ont atteint les plus hauts rendements; on les utilise sur les voies de montagnes et pour les trains de marchandises lourds. En 1909, les ateliers mécaniques Baldwin de Philadelphie, construisirent une locomotive de 30 mètres de long, chauffée au pétrole. Elle traînait jusqu'à 250 wagons, un poids de 10 000 tonnes.

La plus lourde locomotive articulée avait deux bogies à 6 essieux et son poids atteignait 387 tonnes.

En Amérique du Sud, en Afrique et en Inde, la plupart des chemins de fer de montagne à voies étroites (610 mm - 1000 mm - 1067 mm) utilisent encore aujourd'hui la locomotive articulée de Garratt. Sa longue chaudière est portée par deux bogies moteurs indépendants. Ce procédé a été breveté par l'Anglais R. Fairlie en 1863.

Une locomotive ""Pacific"" construite en 1917 par la firme Baldwin au USA pour le compte de la compagnie Frisco Lines.

Croisement envoie de 1,067 m au Zimbanwe de deux locomotives type "Garratt" articulées aux dimensions plus que généreuses. L'une d'elles assure la traction d'un train de marchandises en service régulier.

Source des deux photos: Les trains (1001 photos) aux éditions de Noyelles en septembre 2006.

La théorie thermodynamique a amené les constructeurs de locomotives à augmenter les paramètres de la vapeur. En particulier, l'ingénieur allemand W. Schmidt a équipé en 1898 sa locomotive d'un surchauffeur. Depuis cette époque, la plupart des locomotives sont équipées d'un surchauffeur qui élève la température de la vapeur (qui sort de la chaudière à 180°) jusqu'à 350° à 400°. Par contre si, à l'aide de mécanismes compliqués, on a réussi à augmenter la pression de la vapeur, cela n'a pas été généralement utilisé. On a essayé sur les chemins de fer allemands, avant la Seconde Guerre mondiale, les locomotives d'une pression de 6 MPa; la locomotive ""Schwarzkopf"" a même utilisé une pression de 12 MPa. Finalement, les techniciens sont revenus à une pression de 2-2,5 PMa. Le chauffage à la poussière de charbon ou l'essai de cylindres à vapeur agissant sur chaque essieu n'ont pas été généralisés dans la pratique.

Locomotive Henschel 2'D1' à haute pression (6 MPa) pour trains de marchandises, alimentée au poussier (photo Rheinstahl).

Source: L'Encyclopédie des transport aux éditions Gründ , Paris 1978.

A l'exception des locomotives américaines et de quelques locomotives russes, chauffée au mazout, le charbon est resté le combustible spécifique des locomotives. Une locomotive brûle 600 kg de charbon par mètre carré de foyer et le chauffeur le plus habile ne peut pelleter plus de 2,5 tonnes à l'heure. C'est pourquoi le chargeur automatique, appelé "stocker", a été une invention fort utile.Le "stocker" puisse dans le tender, selon les besoins, de 500 à 12 000 kg de charbon à l'heure; des jets de vapeur projettent ensuite ce charbon sur toute la surface de la grille du foyer.

Une locomotive normale consomme l'eau de son tender en 200 km environ. En Angleterre et en Amérique, on a longtemps utilisé un procédé qui permettait le renouvellement de l'eau en cours de route; le mécanicien plongeait quand besoin était une auge de remplissage dans un canal qui courait entre les voies.

Pour les régions de steppes et de désert, en Afrique et en Australie, il a fallu utiliser des locomotives à condensateur. D'énormes condensateurs étaient placés dans un wagon souvent plus long que la locomotive elle-même. La vapeur des cylindres, au lieu d'être lâchée à l'air libre, était amenée dans des condensateurs à tubes, refroidis par l'air, et l'eau de condensation retournait à la chaudière. Le rayon d'action d'une locomotive, pour un seul plein d'eau passa à 1000 km.

""Silver Link"", locomotive anglaise rapide du type "Coronation", a atteint la vitesse de 180 km/h. Sur la photo, à vitesse réduite, elle s'alimente en eau dans la rigole située entre les rails.

Locomotive 2' D 2' à condensation, 2200 kW. Toujours en service sur les chemins de fer d'Afrique du Sud (photo Rheinstahl).

Source des deux photos: L'Encyclopédie des transports aux éditions Gründ, Paris 1978.

En Jordanie, le chemin de fer du Hedjaz, à voie métrique, est partiellement exploité en traction vapeur, surtout à l'intention des touristes et des amateurs venus du monde entier pour admirer ce type de locomotives. Celle-ci date de 1918.

La locomotive de type P 36 (Russie) fait partie des unités les plus réussies sur le plan esthétique. La série a été construite au début des années 1950, mais elle s'effacera dès le début des années 1980.

Source des deux photos: Les trains (1001 photos) aux éditions de Noyelles en 2006.

"" Locomotives à turbine à vapeur ""

Elles étaient puissantes, mais trop complexes et peu rentables. La première a été construite en 1908 par l'ingénieur suédois Ljungström. Ces locomotives ont été construites en Allemagne par les usines Krauss et Maffei et aux Etats-Unis par les usines Baldwin. La puissance de la turbine (5-7000 kW) était transmise par un engrenage à un essieu, puis par une bielle aux suivants. Pour la marche arrière, les machines américaines étaient équipées d'une seconde turbine plus petite.

"" Les locomotives aérodynamiques ""

A 100 kilomètres à l'heure, la résistance de l'air joue déjà un rôle important. Quand l'usine Henschel en Allemagne a commencé de construire des locomotives à vapeur très rapides, elles les a carrossées, dès 1904, à la manière des locomotives électriques. La locomotive à vapeur 2'B2' atteignait alors la vitesse la plus élevée : 137 km/h. Trois ans plus tard, une locomotive à l'avant conique atteignit une vitesse de 154,5 km/h. Puis les records de vitesse passèrent aux Etats-Unis, où les longues lignes droites permirent aux locomotives du type Atlantic 2'B1', sur les voies du réseau New York Central, d'atteindre une vitesse de 180 km/h. En Angleterre, cette vitesse a été atteinte par la locomotive à carrosserie aérodynamique Silver Link (1935-37). Les locomotives aérodynamiques allemandes du type 2'C2' atteignaient une vitesse de 160 km/h au bout de 6 minutes. Le 11 mai 1935, la locomotives de Borsig immatriculée 05 atteignit la vitesse de 201 km/h. La locomotive anglaise Mallard, type Pacific ne le battit que de 1 km. Aucune locomotive européenne n'a battu le record de la locomotive américaine des chemins de fer de Pennsylvanie qui en 1905 atteignit la vitesse de 204 km/h.

Transformée et carénée par la Compagnie du PO (France) en 1937, la 231.726 est restée la seule locomotive de la sorte.

Source: Les trains (1001 photos) aux éditions de Noyelles en septembre 2006.

La locomotive aérodynamique 2'C2' mise en service en 1935 sur la ligne Berlin-Dresde. Elle passe de 0 à 160 km/h en 6 minutes. Puissance 1200 kW.

Source: L'Encyclopédie des transports aux éditions Gründ, Paris 1978.

"" Mort de la loco à vapeur ""

Les roues énormes et les bielles étincelantes des locomotives à vapeur ont longtemps symbolisé la technique et la puissance. Mais les techniciens avaient découvert depuis longtemps que le rendement d'une locomotive à vapeur ne peux dépasser 16% et qu'en service, elle n'utilise que 5 à 6% de l'énergie du charbon brûlé pour un travail utile.

La vitesse n'a pu dépasser 200 km/h, par suite du déséquilibre entre les masses du mécanisme des bielles et des pistons. En outre la locomotive à vapeur exigeait la présence de deux ou trois personnes; elle présentait l'inconvénient d'une longue préparation avant la mise en route et sa fumée salissait la voie et les environs.

Au moment même où elle atteignait sa plus grande perfection technique, la locomotive à vapeur à dû céder la place à ses concurrentes électriques, à moteur ou à turbine.

"" Un dépôt de locomotive à vapeur ""