L'attention des ingénieurs et de tous ceux qui s'occupent de la
construction et de l'exploitation des chemins de fer, soit au point de
vue pratique, soit au point de vue théorique, est vivement excitée en ce
moment par les essais, qui vont avoir lieu en Irlande, d'un nouveau
système de locomotion rapide, dans lequel le moteur ne sera plus la
vapeur, mais simplement la pression atmosphérique.
Le public lui-même, préoccupé de la gravité des accidents auxquels a
donné lieu jusqu'à ce jour le mode de remorquage des convois par la
locomotive, désire vivement que la science puisse substituer à ce moteur
un moteur plus sûr et tout aussi rapide; car, il faut bien le dire, à
quelque degré de perfection qu'on pousse la construction de la
locomotive, et quelque prudence qu'on apporte à la conduite d'un convoi,
on aura toujours à redouter certains accidents que rien ne peut faire
prévoir, et dont on ne peut amortir les funestes effets que dans un
cercle assez restreint. D'un autre côté, la rapidité de locomotion due à
ces nouvelles voies de communication commence à si bien entrer dans nos
moeurs et dans les besoins industriels et commerciaux du pays, qu'on ne
pourrait plus y renoncer, dût le danger être mille fois plus grand. Tous
les efforts ont donc dû tendre vers l'amélioration du pouvoir moteur,
et, dans la persuasion où sont les ingénieurs que la locomotive la plus
perfectionnée sera encore une machine imparfaite, on a cherché ailleurs
la puissance nécessaire pour mouvoir d'énormes masses avec une vitesse
considérable.
Cette puissance, qu'on n'avait pas encore songé à appliquer directement
à la locomotion, entre cependant dans tous les calculs des différentes
espèces de moteurs employés jusqu'à ce jour; mais on n'en tient compte
dans ces calculs que comme d'une puissance qu'il faut vaincre et
détruire, et les machines reçoivent toujours un supplément de force
destinée à contre-balancer la _pression atmosphérique_. Aujourd'hui, au
lieu de la détruire, on l'emploie. Le moteur, c'est cet élément (pour
nous servir de l'appellation en usage, quand les chimistes ne
connaissaient que quatre éléments, qui, aujourd'hui, n'en sont même
plus), c'est cet élément au milieu duquel nous vivons, nous marchons, et
qui est répandu partout, si bien que nulle part n'existe le vide; c'est
cette pression tellement puissante qu'elle fait équilibre à une colonne
d'eau de 32 pieds, on de 10m 40 de hauteur.
[Illustration: Fig. 4.--Coupe perpendiculaire au tube et Vue de face du
chariot après le passage du piston voyageur.]
Déjà, en 1821, un inventeur anglais nommé Vallance, frappé de
l'imperfection de la locomotive, qui n'était pas arrivée au degré de
force qu'elle possède aujourd'hui, avait proposé de se servir de la
pression atmosphérique, pour mouvoir les convois. Il imaginait, pour y
arriver, de construire des cylindres en fonte assez larges pour recevoir
à leur intérieur les voitures de passagers et le chemin de fer qui les
portait. On conçoit tout le ridicule de ce projet, qui prouvait
seulement toute la confiance qu'inspirait à l'auteur la puissance de la
pression atmosphérique.
Cette idée fermenta cependant, et quelques personnes, parmi lesquelles
nous citerons M. Pinkus, s'occupèrent du mode de propulsion
atmosphérique, et proposèrent des systèmes de soupapes plus ou moins
ingénieuses; mais c'est seulement entre les mains de MM. Clegg et Samuda
frères que cette invention a revêtu le caractère pratique qui la
recommande aujourd'hui, et a fait naître le système dont nous allons
donner la description.
[Illustration: Fig. 5.--Détails d'assemblage de la soupape longitudinale
G avec le tube de propulsion.]
[Illustration: Fig. 1.--Élévation d'un convoi en marche sur un chemin de
fer atmosphérique.]
[Illustration: Fig. 2.--Plan du chemin de fer atmosphérique et vue de la
soupape d'entrée _f_.]
[Illustration: Fig. 3.--Coupe longitudinale suivant l'axe du tube de
propulsion.]
Dans ce nouveau système, la voie est composée, comme dans les chemins de
fer ordinaires, de deux rails réunis de distance en distance par des
traverses. Au milieu de cette voie, et à égale distance des rails, se
trouve un tube A (Fig. 1, 2 et 3), qui offre dans le sens de sa
longueur, et à sa partie supérieure, une ouverture assez large pour
donner passage à une tige métallique verticale C (fig. 3). C'est à cette
tige métallique, à laquelle on peut à volonté attacher les voilures qui
sont sur les rails, qu'est lié invariablement le système de propulsion,
c'est-à-dire le piston.
Pour bien comprendre le jeu de ce mécanisme, supposons, pour un instant,
que l'ouverture longitudinale on tube A, qui sert à donner passage à la
tige métallique, soit hermétiquement fermé, et qu'une machine
pneumatique, située à son extrémité, aspire l'air qu'il contient, un
vide plus ou moins parfait s'établira, et si l'on présente à l'orifice
du tube un piston, ce piston, soumis à la pression atmosphérique par une
de ses faces, s'avancera dans le tube, où on a fait le vide, en vertu de
la différence de pression entre l'air extérieur et l'air qui est encore
dans le tube, et la marche de ce piston ou sa vitesse sera d'aillant
plus grande que le vide du tube sera plus parfait. De plus, en vertu de
l'impulsion que lui donne la pression atmosphérique, il pourra
entraîner, après lui, un poids plus ou moins considérable.
La difficulté, à vaincre consistait donc ici dans le mode d'attache du
poids à remorquer avec le piston voyageur, et surtout dans le système à
employer pour que le piston communiquât de l'intérieur du tube le
mouvement à la masse extérieure, sans cesser d'être soumis à la pression
atmosphérique et sans que le vide diminuât sur sa face antérieure.
A la tige métallique C (fig. 3) est lié un châssis dont la longueur peut
varier, et qui porte à une de ses extrémités le piston voyageur B, et à
l'autre un contrepoids M, destiné à équilibrer le piston. Ce châssis
supporte également quatre galets II, II, II, II, destinés à soulever la
soupape longitudinale après le passage du piston, pour permettre à la
tige métallique de passer. En arrière de cette tige sont deux autres
galets D, D, inclinés à l'horizon, qui soulèvent la couverture I
destinée à abriter la soupape contre les intempéries de l'air. Cette
couverture I est formée de plaques minces en tôle de 1m 50 à 2m de
longueur, formant ressort au moyen d'une bande de cuir. L'extrémité de
chaque lame passe sous la suivante dans la direction du mouvement du
piston, assurant ainsi le mouvement de chacune successivement.
On peut voir déjà, d'après ce qui précède, toute la manoeuvre de ce
nouveau système. Nous allons la restituer en peu de mots, au moyen de la
seule fig. 3. Le vide est fait dans le tube A; la pression atmosphérique
agissant sur la face postérieure du piston B, le met en mouvement; dés
qu'il est passé, les galets II soulèvent la soupape longitudinale et
livrent passage à la tige métallique qui lie le convoi au piston. Les
lames dont se compose la couverture I se sont déjà levées
successivement, comme nous venons de le dire, avant le passage de la
tige métallique, et elles sont soutenues par les galets D, pendant que
la soupape longitudinale retombe et qu'un tube N, rempli de charbons
incandescents, contribue à la fermer hermétiquement en liquidant une
matière composée de cire et de suif qui en assure l'adhérence
parfaite.
La fig. 4 montre une coupe du tube A, après le passage de la tige
métallique et en élévation l'appareil complet destiné à fermer la
soupape longitudinale.
Nous donnons (fig. 5) une section transversale du tube avant l'arrivée
du piston voyageur. Cette figure permet de bien saisir le mode
d'établissement de la soupape et la manière dont elle agit.
Le tube porte une côte ou un talon ce qui est fondu et fait corps avec
lui. Le cuir de la soupape G étant mis en place, on l'assujettit au
moyen de la barre de fer a, que l'on recouvre avec la plaque métallique
a'; on serre alors fortement a' sur a et sur e, au moyen de l'écrou en
équerre _b_; puis, au moyen d'un second écrou _ce_, on règle
invariablement l'écartement de _a_ et de _c_. La bande de cuir G est
serrée entre deux plaques de tôle découpées par morceaux juxtaposés. La
plaque supérieure est plus large que l'ouverture longitudinale, et a
pour but d'empêcher que l'air extérieur n'enfonce la bande de cuir dans
le tube quand le vide s'opère; la plaque inférieure remplit la rainure
lorsque la soupape est fermée, et en terminant ainsi le cylindre dans sa
partie supérieure, empêche que l'air ne dépasse le piston.
[Illustration: Fig. 6.--Section transversale dans le tube après le
passage de la tige métallique.].
[Illustration: Fig. 7--Section transversale dans le tube pendant le
passage de la tige métallique.]
La figure 6 représente une section transversale du tube de propulsion
dans un point où la soupape longitudinale est fermée et immédiatement
après le passage de la tige de propulsion; R représente le rouleau qui
marche en avant du tube N, et qui ferme la soupape après le passage de
la tige. N est le tube rempli de charbons incandescents destinés à
fondre la composition de cire et de suif placée en F (fig. 5); I est la
couverture soulevée; M M est le manchon d'assemblage des deux tubes
consécutifs, oo les oreilles au moyen desquelles le tube est fixé sur
les traverses de la voie.
La figure 7 représente la coupe transversale du tube au moment du
passage de la tige verticale C. On voit quelle est la forme donnée à
cette tige. V est le système d'attache de la tige au chariot de tête; p
p sont les plaques de fer qui lient ensemble le piston, la tige et le
contrepoids, et qui soutiennent les galets H H.
Une seule chose nous reste à expliquer, c'est comment le piston peut
s'insérer dans le tube de propulsion, sans permettre à l'air extérieur
d'entrer en même temps que lui, et comment il peut quitter le tube et le
refermer après en être sorti. Les méthodes employées pour parvenir à ces
deux résultats ne sont pas les parties les moins ingénieuses du système
que nous examinons.
Le tube (fig. 2) est terminé en entonnoir, et à quelque distance de son
extrémité se trouve une soupape _f_. A cet endroit et sur le côté est
un espace demi-circulaire qui renferme une autre soupape plus grande que
_f_, et reliée à la première au moyen d'une branche recourbée: ce
système peut tourner autour d'une charnière. Quand on fait le vide, la
soupape _f_ est pressée sur une de ses faces par la pression
atmosphérique qui tend à l'ouvrir, mais elle est retenue par l'autre
soupape qui, étant plus grande qu'elle, oppose à l'ouverture une
résistance proportionnelle à sa surface. Sur le haut de l'espace
demi-circulaire, on pratique deux trous, un de chaque côté de la plus
grande des deux soupapes: ces deux trous peuvent être couverts par une
boîte à coulisse. Pendant que le vide s'opère, ou ne couvre qu'un des
trous, qui est ainsi en communication avec la partie où s'opère le vide,
et l'autre reste ouvert à l'air extérieur. Mais, quand le convoi
s'avance, il pousse la boîte à coulisse qui, recouvrant alors les deux
trous, les met en communication, la pression sur la grande soupape
diminue, puisque ses deux faces sont maintenant en communication avec la
partie où l'on a opéré le vide, et la soupape _f_, soumise maintenant à
une pression prépondérante, peut tourner autour de son axe et donner
passage au piston.
Pour la sortie, la manoeuvre est plus simple encore; le tuyau
d'aspiration qui communique avec la machine pneumatique s'embranche sur
le tube de propulsion à 4 ou 5 mètres de l'extrémité de ce tube, en
sorte que, dès que le piston a dépassé le point d'embranchement, il
accumule l'air qui se trouve à l'extrémité du tube et qui, pressant sur
la soupape, la force à s'ouvrir en tournant autour d'une simple
charnière; elle tombe sur un levier à deux branches, dont l'une, choquée
aussitôt après la sortie du piston par une tige attenante au convoi,
relève la soupape et l'applique de nouveau contre le tube, où elle est
maintenue par la raréfaction de l'air, qu'on recommence immédiatement.
Le piston est un simple rouleau de fonte d'un diamètre inférieur à celui
du tube, armé à ses deux extrémités d'une mâchoire pinçant une lame de
cuir: il est placé à 1m 40 en avant de la tige de connexion. Le piston
est donc flexible; la pression de l'air qui s'exerce sur lui force les
lames de cuir dont il se compose à s'appliquer exactement sur les parois
du tube, rend le contact partait, quelles que soient les défectuosités
de forme de ce tube, et prévient la rentrée de l'air.
On conçoit très-bien que si le tube était aussi hermétiquement fermé que
nous l'avons supposé, si l'air ne pouvait s'introduire en avant du
piston ni par les interstices de la soupape longitudinale ni par ceux
des lames de cuir du piston, une seule machine à vapeur suffirait pour
faire un vide parfait sur une longueur de tube illimitée, et même que,
dès que le piston aurait commencé son voyage, cette machine devrait
rester en repos; mais il n'en est pas ainsi dans la pratique: à chaque
instant l'air extérieur doit trouver et trouve, en effet, des
interstices par lesquels il rentre. L'action de l'appareil pneumatique
doit donc à la fois contre-balancer l'effet de ces prises d'air et
enlever successivement l'air primitivement contenu dans le tube pour
produire le mouvement. Une même machine ne peut donc desservir qu'une
longueur de tube limitée.
Du reste, ce projet n'est pas à l'état d'utopie; il est en exécution
depuis plusieurs années.
Tout l'appareil que nous venons de décrire marche régulièrement, non pas
sur un modèle en petit (depuis longtemps on sait que ces modèles,
exécutés avec une précision mathématique et entretenus avec soin, ne
prouvent rien et induisent même en erreur sur les résultats de
l'application en grand), mais sur un chemin de fer de dimensions
ordinaires de 800 mètres de longueur, qui, depuis quatre ans, sert à
toutes les expériences qu'a suggérées aux ingénieurs le désir d'étudier
sous toutes ses faces ce nouveau système. Il est établi à
Wormwood-Scrubs près de Londres, et on atteint régulièrement des
vitesses de 36 kilomètres à l'heure avec une charge de 15 tonnes, dans
une partie de railway en courbe de 1,000 mètres de rayon et sur une
pente ascendante de 8 millimètres et demi. La machine à vapeur qui met
en mouvement l'appareil pneumatique a une force de 16 chevaux-vapeur,
mais ne déploie ordinairement que les deux tiers ou les trois quarts de
cette puissance. Le tube a un diamètre de 22 cent. 85.
Quand on veut faire fonctionner l'appareil, on laisse descendre le
chariot par l'action de la gravité: pour cette manoeuvre, la tige,
métallique et le châssis armé du piston, du contrepoids et des galets,
qui peuvent se déplacer horizontalement, sont en dehors du tube; quand
le chariot est en bas et attaché au train, l'appareil pneumatique se met
en mouvement et en une minute et demie opère le vide convenable; on
insère alors le piston dans le tube, on ouvre la soupape d'entrée, et la
voiture se met en mouvement et augmente progressivement de vitesse
jusqu'à ce qu'elle atteigne une rapidité de marche maximum qui se
produit environ aux deux tiers du parcours. Si l'un veut s'arrêter en un
point quelconque, il suffit de serrer les freins; le conducteur du
convoi a de plus à sa disposition une soupape, et peut, en la soulevant,
laisser passer l'air extérieur à travers le piston, ce qui diminue
immédiatement le vide.
Il est évident que la force de l'appareil pneumatique et de la machine à
vapeur qui le fait agir doivent avoir, avec la longueur et le diamètre
du tube de propulsion ainsi qu'avec la vitesse que l'on veut obtenir, un
rapport que le calcul peut indiquer. Plus le tube de propulsion est
long, plus la rentrée d'air par la soupape longitudinale est importante;
on trouve que le nombre de coups de piston nécessaires pour enlever cet
air est le tiers du nombre total des coups nécessaires pour faire un
vide convenable. Il parait certain qu'une machine de cinquante
chevaux-vapeur serait plus que suffisante pour opérer et maintenir le
vide dans un tube de 8 kilomètres de longueur. (Les lecteurs de
l'_Illustration_ comprendront que nous ne pouvons entrer ici dans tous
les calculs relatifs aux propriétés de cet appareil ingénieux, et que
nous devons nous borner à indiquer des résultats.)
La pression atmosphérique a, dans l'appareil, à vaincre des frottements
considérables qui diminuent d'autant son effet utile; ainsi le
frottement du piston absorbe 5 pour 100 de la force motrice, le
soulèvement de la soupape longitudinale et sa compression 6 pour 100
environ, et la couverture 4 pour 100, quantité énorme quand on songe à
l'utilité restreinte de ce dernier appareil.
M. Teisserene, qui avait reçu de M. le ministre des Travaux publics la
mission d'aller étudier l'appareil atmosphérique sur les lieux, et dont
le rapport nous a été fort utile pour la description que nous venons de
faire, s'est livré à une série d'expériences sur ce chemin de fer,
desquelles il a déduit certains principes assez curieux.
Ainsi, 1° il y a économie relative à employer des tuyaux de plus grand
diamètre; 2° sur les grandes longueurs, le travail est d'autant plus
économique qu'il s'effectue sous de moindres pressions; mais alors, pour
arriver à des vitesses égales, le tube doit avoir un diamètre plus
grand.
Il nous reste maintenant à comparer ce système à celui des locomotives,
et nous avouons que nous craignons qu'on ne nous accuse d'engouement
pour la chose nouvelle, si nous disons qu'il nous paraît supérieur à ce
dernier sous le triple point de vue des dépenses de construction et
d'exploitation, de la vitesse et de la sécurité.
Pour la construction, on peut aborder des pentes infranchissables aux
locomotives, et pour ainsi dire aux voitures tirées par des chevaux; les
courbes à petit rayon n'ont plus d'importance, l'absence de locomotive
permet de diminuer le poids des rails, la hauteur des tunnels, la
solidité des ponts et viaducs. On peut se borner à une seule voie sans
que le service en souffre, puisqu'il n'y a pas de collision possible, un
piston ne recevant de l'impulsion par l'air extérieur que si le vide
existe devant lui, et ce vide n'existant plus dès qu'un autre piston
voyage déjà dans le tube. Il y a donc économie sur tous ces objets; le
pouvoir moteur seul est plus cher. En effet, on calcule que, pour
assurer un bon service sur nos chemins de fer, il faut par kilomètre un
tiers de locomotive, ou 15,000 francs environ, tandis que, sur le chemin
atmosphérique, l'appareil complet, tube et machine, est évalué à 100,000
francs. Malgré le prix plus élevé du pouvoir moteur, il y aura cependant
une économie considérable dont les détails ne peuvent pas entrer dans
cet article, mais que nous ne craignons pas de perler à 50 pour 100.
Pour les dépenses d'exploitation, les frais généraux restant les mêmes
dans les deux systèmes, les frais variables seront bien moindres dans le
système atmosphérique; en effet, les dépenses de combustible et de
réparation des locomotives varient proportionnellement aux distances
parcourues; les mêmes frais avec les machines fixes ne dépendent que du
temps pendant lequel l'appareil est chauffé, et ils décroissent
relativement avec la quantité d'ouvrage effectuée dans ce temps.
La vitesse peut être indéfiniment augmentée avec le diamètre du cylindre
de la pompe pneumatique. Pour les locomotives, on ne peut dépasser
certaines vitesses; à 80 kilomètres à l'heure, ces machines ne peuvent
plus remorquer aucune charge.
Enfin, au point de vue de la sécurité, outre que les collisions, comme
nous l'avons dit, sont impossibles, le convoi ne peut pas dérailler, le
piston le maintient toujours sur la voie; la rupture des essieux de
locomotives, qui est la source de tant de graves accidents, disparaît.
Le chemin pouvant se modeler sur le terrain et aborder les pentes
naturelles du sol, ou n'a plus à craindre les éboulements des grandes
tranchées; l'incendie, les scènes affreuses du 8 mai sur la rive gauche
ne peuvent plus se présenter dans ce système.
Les ingénieurs anglais qui, s'ils ont de la persévérance à poursuivre
une idée quand ils la trouvent bonne, sont toujours en défiance contre
les nouveautés quand il s'agit de les mettre en pratique, ont visité
avec un puissant intérêt le railway atmosphérique de Wormwood-Scrubs, et
attendent le résultat de l'épreuve qu'on va tenter en Irlande sur le
chemin de Dublin à Dalkey, entre Kingstown et Dalkey, sur une longueur
de 2,722 mètres. MM. Clegg et Samuda établissent en ce point une machine
de la force de 100 chevaux; ils ont adopté cette puissante machine,
parce que, si le succès est complet, on étendra le tube jusqu'à Dublin
d'une part, et la longueur desservie par la machine serait de 12
kilomètres et demi, et jusqu'à Bray de l'autre, et cette machine
desservirait alors 22 kilomètres.
On conçoit quel intérêt s'attache à ces essais, qui, s'ils réussissent,
renverseront complètement le système actuel. Quant à nous, nous ne
formons qu'un voeu: c'est que le gouvernement, engagé par la loi du 11
juin 1842 dans les dépenses considérables d'exécution du grand réseau
des chemins de fer, concentre son attention sur les essais du chemin de
Kingstown à Dalkey, fasse suivre les expériences par une commission
expérimentée; et si le système atmosphérique présente tous les avantages
que nous avons signalés, son devoir et son intérêt seront d'entrer
franchement dans cette nouvelle voie, qui épargnera à la France, déjà
obérée, des dépenses si peu en rapport avec l'état actuel de ses
finances.
Moeurs parisiennes.