BIBLIOTHÈQUE DES MERVEILLES
LES MERVEILLES DE LA LOCOMOTION
PAR
E. DEHARME
OUVRAGE ILLUSTRÉ DE 77 VIGNETTES
PAR
B. BONNAFOUX, A. JAHANDIER ET A. MARIE
PARIS
LIBRAIRIE HACHETTE ET Cie
79, BOULEVARD SAINT-GERMAIN, 79
1874
Droits de propriété et de traduction réservés
BIBLIOTHÈQUE DES MERVEILLES
PUBLIÉE SOUS LA DIRECTION DE M. ÉDOUARD CHARTON
LES MERVEILLES DE LA LOCOMOTION
PARIS.--IMP. SIMON RAÇON ET COMP., RUE D'ERFURTH, 1.
LES MERVEILLES DE LA LOCOMOTION
CHAPITRE PREMIER
Le mouvement et l'attraction universels.--Mouvements des
minéraux, des végétaux et des animaux.--Carrière offerte au
mouvement de l'homme.--L'air indispensable à tous ses mouvements.
Tout est mouvement dans la nature. Que nos yeux se dirigent sur la terre
ou s'élèvent vers le ciel, ils ne voient que mouvement et progrès. Ici,
des transformations géologiques, des îles qui s'abîment et des volcans
qui jaillissent, une mer immense montant soir et matin; des graines qui
germent et des forêts qui s'élèvent; et, pour régner sur ce monde, des
animaux qui s'y agitent sans cesse; le tout emporté dans l'espace d'un
mouvement régulier, dont nous ne pouvons prévoir la fin. Là haut, ce
sont des mondes dont les révolutions s'exécutent avec la même régularité
et dont les mouvements sont liés à celui de notre planète comme celui-ci
l'est aux leurs, tous ces mouvements enchaînés par cette loi fatale que
la chute d'une pomme a révélé au génie de Newton et qui s'appelle
_l'attraction universelle_.
Quels sont les caractères qui différencient ces mouvements et nous font
apparaître la vie sous ces divers aspects?
Nous voyons les corps du règne minéral (ils sont 70 à peine) s'unir les
uns aux autres, en obéissant à leurs affinités réciproques,--ces
affections de la matière,--et constituer l'infinie variété de corps que
la chimie et la minéralogie apprennent à connaître. Nous les voyons
changer de forme et se mouvoir, passer d'un état d'équilibre à un autre,
jaillir en gerbe au-dessus du sol, bondir en cascades ou s'écouler
paisiblement vers l'Océan, en se soumettant aux lois physiques sur
lesquelles repose l'harmonie de l'univers. Tous ces mouvements, les uns
passagers, les autres permanents, ont lieu avec une _passivité absolue_
de la part des corps qui les exécutent.
Mais ce caractère se modifie dans le règne végétal, et les mouvements de
certaines plantes deviennent _instinctifs_. C'est ainsi que les feuilles
se dirigent du côté d'où leur viennent l'air et le soleil, que les
racines se cramponnent au morceau d'engrais qui leur apporte une
nourriture plus riche; qu'au moment de la floraison, les étamines
embrassent le pistil et que certaines plantes quittent le fond des eaux
pour venir éclore leur fleur à la surface.
L'intelligence enfin, s'élevant au-dessus de l'instinct aveugle, se
révèle chez les animaux, et c'est, non-seulement dans leurs rapports
avec l'homme, mais encore dans leur vie privée qu'on en voit des preuves
irrécusables. Leurs mouvements ne sont plus automatiques, ni
instinctifs, ils sont _raisonnés_, _conscients_.
Au-dessus de ces êtres des trois règnes, dont les déplacements ne sont
que des infiniment petits auprès des mouvements accomplis dans l'espace
par les mondes qui les portent, s'élève l'homme, soumis comme eux aux
forces naturelles et à l'instinct qui les guide, mais possédant à un
degré supérieur l'intelligence qui règle chacun de ses pas.
Mais cette intelligence, en étendant son empire, rend ses membres
impuissants à lui en faire parcourir les différentes parties. Ses seuls
efforts ne peuvent le conduire bien loin. Il use de sa supériorité sur
tous les êtres de la création pour les soumettre à ses volontés, et, si
les animaux eux-mêmes ne le servent pas assez selon ses désirs, il
asservit les forces naturelles, les dompte comme il a fait de ces
animaux, s'en fait souvent un levier sur lequel il s'appuie pour courir
sur la terre ou pénétrer dans son sein, pour franchir l'Océan ou
s'enfoncer dans ses eaux, ou bien enfin pour s'élever dans l'air.
Être supérieur vis-à-vis de tous les autres êtres de la création, c'est,
il est vrai, un pygmée vis-à-vis du Créateur lui-même, mais un pygmée
grandissant sans cesse et pour qui le progrès est une loi aussi fatale
que le mouvement est un besoin inné.
* * * * *
Nous nous proposons de faire connaître dans ce livre les moyens les plus
remarquables employés par l'homme pour se mouvoir sur la terre ou dans
la terre.
Tandis que la plupart des animaux ne peuvent vivre que dans un milieu
spécial et peu étendu, l'homme est moins qu'aucun d'eux l'esclave de ses
habitudes. S'il aime ses dieux lares et le ciel de sa patrie, il peut
cependant changer de gîte et de climat pour son intérêt, pour ses
plaisirs même.
Les insectes ont chacun leur loge secrète, ceux-ci dans la terre,
ceux-là dans le tissu des végétaux ou des animaux; les poissons ne
peuvent vivre que dans l'eau: froide pour ceux-ci, tempérée pour
ceux-là, douce pour les uns, salée pour les autres, calme au sein des
lacs, agitée au cours des torrents, coulant en mince filet dans les
petits ruisseaux, dormant en grande masse dans les bas-fonds de l'Océan.
Le lion et la panthère se plaisent au désert, l'ours blanc au milieu des
glaces des mers polaires, le serpent et la chauve-souris dans
l'atmosphère lourde et viciée des cavernes, le condor dans l'air raréfié
des plus hauts pics de la Cordillère des Andes; c'est enfin pour vivre
toujours dans une atmosphère tempérée que l'hirondelle regagne à
l'approche de l'hiver les pays du soleil et revient, avec les feuilles,
faire son nid sous le toit qui l'a abritée pendant ses premières
années.
Les grandes agglomérations humaines se sont fixées dans les pays
tempérés, mais les régions équatoriales et polaires sont aussi habitées,
et si l'Abyssin et le Lapon ne quittent pas leur pays, ils sont visités
souvent par les Européens. L'homme se lance sans crainte sur l'Océan, et
s'il ne peut, comme les sirènes, vivre aussi facilement dans l'eau que
dans l'air, il sait plonger au sein de la masse liquide pour y cueillir
le corail et les huîtres perlières aussi aisément qu'il s'enfonce dans
la terre à la recherche du charbon et des métaux précieux. Grâce aux
procédés ingénieux qu'il emploie pour varier ses vêtements et sa
demeure, il vit dans l'air humide des mines comme dans l'air comprimé du
scaphandre ou dans l'air raréfié des hautes régions de l'atmosphère où
le portent les aérostats.
Avec de l'air en provision, il peut tout braver: les miasmes délétères
des exploitations souterraines, l'inconnu des vallées sous-océaniques,
le feu même.
I.--LA LOCOMOTION SUR LA TERRE.
A.--Insuffisance de l'appareil locomoteur de l'homme.--Les
animaux moteurs.--Origine de la voiture.--Le traîneau.
Pour des courses longues et souvent aventureuses, les jambes de l'homme
sont trop fragiles et trop courtes, et celles des animaux doivent lui
venir en aide. Le chameau sert de monture et de bête de somme, le boeuf
est bête de trait, et le cheval sert à la fois aux deux usages.
À côté de ces animaux viennent s'en placer quelques autres, utilisés
seulement en certains pays, ou consacrés à des usages spéciaux: l'âne et
le mulet sont les auxiliaires du cheval, mais moins forts, ils rendent
de moindres services; l'hémione remplace ce dernier dans l'Inde; le yack
et le bison, parents du boeuf, peuvent le suppléer dans certains cas;
l'éléphant sert de monture dans l'Inde, le chameau dans le désert et
l'autruche dans quelques parties de l'Afrique; le renne et le chien sont
enfin les bêtes de trait des pays glacés.
Tels sont, en résumé, les animaux dont l'homme a emprunté le secours.
Mais les plus puissants d'entre eux ne portant encore que des charges
bien faibles, il a fallu pour transporter de lourds fardeaux recourir à
la voiture.
[Illustration: Fig. 1.--Traîneau impérial à Saint-Pétersbourg.]
C'est à Cyrus que l'invention en est généralement attribuée; mais il est
très-permis de croire que l'emploi des roues a été habituel de temps
immémorial en plusieurs points de la terre, et l'on peut rechercher
quels ont été les faits ou les idées qui ont dû conduire à cette simple
découverte. Il est vraisemblable que, ne pouvant charger telle bête de
somme de tout le fardeau qu'il avait à lui imposer, l'homme aura imaginé
de les lui faire tirer. De là le _traîneau_, qui, selon toute
probabilité, a été le point de départ de la voiture. Quelques pierres
auront été placées sous le véhicule improvisé, peut-être même des pièces
de bois de forme arrondie, des rouleaux enfin, différant peu de ceux
qui servent dans nos chantiers de construction actuels pour le
transport des lourds matériaux, pierre, bois ou fer; et des rouleaux à
la roue, la transition est simple. La roue n'est qu'une _tranche du
rouleau_, rendue plus légère par des évidements intelligemment ménagés,
et plus résistante grâce à une ferrure destinée à la garantir de l'usure
et des chocs produits par les inégalités du chemin.
Cette série d'hypothèses, d'ailleurs très-naturelles, se trouve
parfaitement justifiée par la forme des roues des premiers chars dans
l'antiquité, forme rudimentaire que l'on retrouve encore aujourd'hui,
dans toute sa simplicité, aux roues des chariots catalans entre autres.
Ces roues sont de simples disques ferrés, ayant 4 ou 5 centimètres de
largeur, assujettis d'une façon grossière au véhicule qu'ils supportent
et produisant dans les chemins montueux des Pyrénées un bruit strident
et criard que prolonge encore la lente allure des boeufs qui y sont
attelés.
Le traîneau, cet état primitif du plus somptueux de nos carrosses ou de
nos wagons d'aujourd'hui, est d'ailleurs utilisé avec avantage dans
plusieurs pays, et notamment dans les contrées septentrionales et dans
les pays de montagnes.
Dans les contrées septentrionales, deux raisons principales en ont
maintenu et en maintiendront l'usage: la dureté de la terre glacée et
l'absence ou la rareté des voies de communication. Quel que soit l'objet
qu'on ait à faire mouvoir sur le sol, on favorisera son mouvement en
réduisant le frottement qui se produit lorsqu'on cherche à le déplacer,
frottement qui dépend tout d'abord de la nature des surfaces en contact.
Le sol glacé des pays du Nord se prête merveilleusement à ce
déplacement. Les surfaces du patin et du sol acquièrent par l'usage un
poli essentiellement favorable au mouvement. Qu'arriverait-il si des
roues étaient substituées aux longs patins de glissement? Elles
pénétreraient dans la neige au lieu de rester à la surface et
deviendraient un obstacle à la marche. Le véhicule procéderait par
ressauts et par saccades, se fatigant lui-même, fatigant ceux qui y
seraient placés et la bête qui le tirerait. Le traîneau, en abaissant le
centre de gravité du véhicule presque au niveau du sol, et en lui
fournissant une large base de sustentation, empêche ces accidents de se
produire. Le traîneau passe partout, la roue sur les bons chemins
seulement.
Tout le monde connaît le _sabot_ qu'employaient nos anciennes
diligences. À la montée d'une côte, tous les voyageurs descendaient et
suivaient au pas le véhicule pesamment chargé. À la cime, on remontait
en voiture, le sabot était assujetti sous l'une des roues de derrière
pour descendre le versant et les chevaux partaient. La voiture devenait
momentanément un traîneau: trois des roues conservaient leur liberté et
le _frottement de roulement_ de la quatrième était transformé en
_frottement de glissement_. C'est en traîneau qu'on faisait une partie
de la traversée du Mont-Cenis, avant que le chemin de fer de Fell, qui a
précédé l'ouverture du souterrain, fût établi.
[Illustration: Fig. 2.--Traîneaux à New-York.]
Les forêts, dans les pays de montagnes, sont exploitées de la sorte.
De jeunes arbres, ou même des branches à peine dégrossies, réunis par
quelques liens tordus, servent à improviser un traîneau, qui est
démembré à l'arrivée ou que le charbonnier remonte sur ses épaules. Le
lit d'un ravin est le chemin suivi; les pierres roulent sous le véhicule
et descendent avec lui. C'est en traîneau qu'on fait parcourir aux
touristes certains passages rapides des Alpes ou des Pyrénées. Une de
ces descentes renommées est celle de Brame-Farine, près d'Allevard, dans
le département de l'Isère.
Avant de décrire la première de ces voitures à roues dont l'invention a
été un progrès considérable demeuré sans date dans l'histoire de la
locomotion, arrêtons-nous pour esquisser rapidement les faits si
intéressants qui expliquent l'avantage de la voiture sur le traîneau,
puis du wagon de nos chemins de fer sur la voiture elle-même.
B.--Frottement entre le véhicule et la voie qui le porte.--Le dé
et la bille d'ivoire.--Frottement de glissement et de
roulement.--Ce qu'on sait des lois du frottement.--Difficultés
inhérentes aux observations.--Impressionnabilité de la
matière.--Moyens de diminuer le frottement.--Lubrifaction des
parties frottantes.--Accroissement du diamètre des roues.
Tous les progrès de la locomotion reposent sur les améliorations
apportées aux deux surfaces en contact durant le mouvement: patin et
roue d'une part, chaussée ou rail d'une autre. Les améliorations
introduites dans la construction du véhicule lui-même n'ont été que la
conséquence des premières. L'emploi de la vapeur comme moteur a marqué
une nouvelle étape que nous décrirons avec tous les développements
qu'elle comporte.
Lorsqu'on examine à la loupe les objets les mieux polis, on aperçoit à
leur surface une innombrable quantité d'aspérités et de cavités, qui
forment, entre deux objets rapprochés, comme autant de petites dents
d'engrenage s'enchevêtrant les unes dans les autres. Chacun des deux
objets agit sur celui qui lui est opposé comme un morceau de pierre
ponce sur notre main. Il y a entre eux:
1º Production d'une résistance au mouvement qu'on veut déterminer et qui
est le _frottement_;
2º Destruction des aspérités existantes, polissage des surfaces, d'où
usure.
C'est l'effet qui se produit lorsqu'on pousse un dé d'ivoire sur le drap
d'un billard. L'impulsion cessant, le dé s'arrête; mais si au dé on
substitue une bille, la moindre impulsion produit un mouvement qui se
prolonge encore après que l'action a cessé d'être exercée. Le frottement
n'est pas détruit, il est seulement réduit par le changement de forme de
la surface. Dans le premier cas, il y avait _frottement de glissement_,
dans le second, il y a _frottement de roulement_.
Si, au lieu de placer cette bille d'ivoire sur une table recouverte de
drap, nous la plaçons sur une table polie de bois ou de métal, une
impulsion bien moindre que la première suffira à lui faire parcourir le
même chemin.
Ces faits, tout simples et tout familiers, que nous venons d'observer
sur une petite échelle, se produisent en grand.
Qu'un traîneau glisse sur le sol, qu'une voiture roule sur une chaussée,
ou un wagon sur des rails, qu'un bateau se meuve sur l'eau ou un ballon
dans l'air, il y a _frottement_. Une force se développe, au moment où le
mouvement commence, de la part du sol, de l'eau ou de l'air avec lequel
le véhicule est en contact. Elle est faible, presque insignifiante dans
l'air, elle n'est pas négligeable dans l'eau, ou à sa surface, et prend
des valeurs très-diverses et parfois considérables sur le sol. En somme,
on peut dire, d'une manière générale, que toutes les fois que deux
corps, en contact, viennent à être animés de vitesses variables,--ou
l'un d'une certaine vitesse, l'autre restant à l'état de repos,--il se
produit une force retardatrice du mouvement, et il y a _frottement_.
Quelles sont les lois du frottement? Les géomètres et les ingénieurs ont
cherché beaucoup et longtemps, et cherchent encore, car les opinions les
plus opposées se sont produites. Nous n'avons pas l'intention de les
relater toutes ici; mais il convient d'indiquer les faits principaux,
ceux sur lesquels on est généralement tombé d'accord et qui sont, par
suite, hors de conteste.
Amontons est le premier qui s'occupa de la recherche des lois du
frottement. Il se servait, pour ses expériences, d'un plan mobile autour
d'une charnière et dont il faisait varier l'inclinaison. Mais les
résultats auxquels il fut conduit paraissent contradictoires. Coulomb,
en 1781, reprit ces recherches.
Sur deux madriers horizontaux juxtaposés était fixé un troisième madrier
en chêne, long de 8 pieds, large de 16 pouces. Un traîneau, en forme de
caisse, de 18 pouces de large, qu'il chargeait de poids, pouvait glisser
sur ce dernier madrier et le parcourir dans sa longueur. Une corde
flexible, attachée au traîneau, venait, dans une direction horizontale,
s'enrouler sur la gorge d'une poulie très-mobile. Un plateau attaché à
son extrémité recevait des poids et pouvait descendre dans un puits de 4
pieds de profondeur. Les poids, successivement placés dans le plateau,
déterminaient le mouvement du traîneau. Un pendule, battant les
demi-secondes, permettait d'étudier ainsi la loi du mouvement. La nature
et l'étendue des surfaces frottantes, modifiées tour à tour, donnaient
le moyen de varier à l'infini les conditions de ces expériences.
Le général Morin, en 1831, M. J. Poirée, en 1851, M. Bochet, en 1856
d'abord, puis en 1861, ont repris et étendu les études commencées par
Coulomb.
On admettait, avant les travaux de ces deux derniers ingénieurs, que le
frottement était proportionnel à la pression normale que les surfaces
exercent l'une sur l'autre, qu'il variait selon la nature et l'état des
surfaces en contact, et qu'il était indépendant de la vitesse et de
l'étendue de ces surfaces.
M. Poirée a démontré que pour des vitesses supérieures à 4 ou 5 mètres
par seconde, le frottement diminuait à mesure que la vitesse augmentait.
Dans un mémoire fort intéressant, et à la suite de nombreuses
expériences exécutées sur le chemin de fer de l'Ouest avec un
wagon-traîneau du système Didier, M. Bochet a réfuté les premières lois
admises et a conclu:
1º Que le frottement diminue à mesure que la vitesse augmente;
2º Que le frottement n'est plus proportionnel à la pression et, par
suite, n'est plus indépendant de l'étendue des surfaces frottantes, dès
que la pression cesse d'être petite;
3º Qu'il n'y a pas, en général, de frottement spécial au départ.
Ces nouvelles lois viennent renverser les opinions précédemment admises.
Est-ce à dire, pour cela, qu'elles sont la dernière expression de la
vérité et qu'elles ne souffriront pas de modification? Nous n'oserions
pas l'affirmer.
On ne peut se faire une idée exacte des difficultés qui entourent
l'exécution de ces expériences: les circonstances, en apparence les plus
insignifiantes, exercent souvent une influence considérable, qui échappe
même aux yeux les plus perspicaces, à l'attention la plus vigilante.
L'observation de ces phénomènes, où la constitution moléculaire des
corps est immédiatement en jeu, présente bien autrement d'obstacles que
celle des faits chimiques où les qualités et les affinités particulières
de ces mêmes molécules se révèlent.
Nombre d'opérations exécutées dans des circonstances en apparence
complètement identiques, donnent des résultats différents et déroutent
l'expérimentateur; nous disons: _en apparence identiques_, car nos yeux
ou nos moyens de mesure ou de contrôle doivent nous égarer. Les deux
morceaux de fer que nous faisons frotter l'un contre l'autre, bien
qu'ils soient pris dans une masse que nous croyons homogène et qui a
subi les mêmes opérations préparatoires, peuvent présenter, et
présentent sans doute, des différences de contexture que nous ne pouvons
saisir. Les fibres de tel morceau de bois ne sont pas dirigées comme
celles de tel autre; les parties tendres sont plus nombreuses dans
celui-ci que dans celui-là; l'état hygroscopique des deux échantillons
est différent. En somme, l'_homogénéité_, l'_identité_, dans le sens le
plus absolu et le plus général que l'on accorde à ces deux mots,
n'existent pas. Les différences constatées n'offrent donc rien de
surprenant.
Il en est absolument, de ce qui se passe entre ces deux morceaux de
matière, comme de ce qui se produit entre deux individus de moeurs, de
caractères et d'esprits bien définis et entraînés dans une action
commune. Doutez-vous que les circonstances les plus inappréciables ne
puissent agir sur leurs tempéraments à tous deux ou sur celui de l'un
des deux seulement, et modifier d'une manière très-sensible le résultat
auquel ils concourent tous deux? Est-il déraisonnable de croire que des
influences d'une autre nature, mais tout aussi bien modificatrices,
aient pu agir sur la constitution moléculaire des deux échantillons mis
en contact, et n'est-il pas permis de supposer à ces atomes matériels et
inertes une impressionnabilité que nous constatons chez les êtres
vivants et matériels aussi?
Lorsque nous modifions, par l'interposition d'un nouveau corps ou par
une altération quelconque des surfaces en contact, les conditions de ces
expériences, nous obtenons les résultats les plus divers. Des aspérités,
des stries, la juxtaposition sur l'une des surfaces de bandes de cuir ou
de caoutchouc, en multipliant les points de connexion et
d'enchevêtrement, créent un obstacle au mouvement, tandis que
l'interposition d'un corps gras, de plombagine, de suif ou de telle ou
telle huile, en unissant et en polissant les surfaces rapprochées,
diminue le frottement. De là, l'avantage que l'on retire de l'emploi des
matières lubrifiantes.
Le cri strident des chars catalans, dont nous avons parlé, celui de
toutes les voitures dont les roues sont insuffisamment graissées,
résultent d'une attaque plus ou moins profonde des surfaces en contact.
Ce grincement est accompagné d'un échauffement de ces surfaces, qui,
s'il n'y est porté remède, peut avoir les conséquences les plus graves.
Les faits que l'on constate dans l'étude du frottement de glissement
s'observent dans celle du frottement de roulement, mais avec cette
différence qu'ils sont moins accusés. Les aspérités de la surface
roulante s'engrènent dans les cavités de la surface fixe et
réciproquement, et le mouvement s'opère sans déterminer ces arrachements
et ces érosions particulaires qui constituent, en grande partie, le
frottement et qui exigent sans cesse, de la part du moteur, une
production de force additionnelle. Les deux surfaces s'épousent
successivement l'une l'autre, les petites aspérités abandonnent leur
mutuelle étreinte avec d'autant plus de facilité qu'elles se sont plus
facilement réunies, et que la pénétration a eu lieu dans une direction
plus normale à la surface fixe, ou que le diamètre de la surface
roulante a été choisi de plus grande dimension.
L'accroissement du diamètre des roues des véhicules, est, en effet, le
but vers lequel tendent les constructeurs, mais divers obstacles les
arrêtent, entre autres l'instabilité de la machine de transport, accrue
par l'élévation de son centre de gravité. Ils cherchent alors des
artifices pour abaisser la charge, ils la placent parfois en dessous des
essieux, ainsi que cela s'est fait pour certaines voitures et pour
quelques fardiers, destinés au transport des matériaux de construction,
réalisant ainsi des combinaisons plus ou moins ingénieuses, et qui
répondent d'une manière plus ou moins satisfaisante à des besoins
déterminés.
C.--LA VOIE.--Chaussées empierrées, pavées, à ornières de bois et
de métal.--Les anciennes voies de communication.--Les chaussées
romaines, les chaussées de Brunehaut.--Les rues sous Philippe
Auguste et les voies sous Colbert.--Les routes impériales,
départementales; les chemins vicinaux et ruraux.--Importance de
la circulation.--Le personnel des ponts et chaussées et celui des
chemins de fer.--Ce que coûte un ingénieur des ponts et chaussées
et des mines, d'après M. Flachat.
Des préoccupations de l'ingénieur, la principale est celle qui a pour
objet la diminution des aspérités des deux surfaces en contact. Tel est
le but que remplissent les cercles garnissant les roues des véhicules,
les semelles métalliques fixées aux patins des traîneaux. Pour diminuer
les aspérités de la surface de roulement, on emploie les pavés de granit
ou de grès ou les cailloux fichés dans une forme incompressible en sable
et que les lourdes charges et les temps alternativement secs et pluvieux
ne peuvent facilement déformer. On choisit les cailloux de la meilleure
qualité pour les chaussées empierrées ou macadamisées, et avant de les
livrer à la circulation des voitures, on a soin d'en comprimer la
surface à l'aide de ces rouleaux tantôt en pierre, tantôt en métal,
chargés de sable, de pavés ou d'eau et que remorquent péniblement de
longs attelages de chevaux, ou, plus aisément, une machine à vapeur
superposée. À cette chaussée imparfaite, aux ornières, aux aspérités ou
aux dépressions plus ou moins profondes, on substitue des poutres ou
longrines en bois, des morceaux de fonte ou des lames de fer et d'acier,
et on a le merveilleux moyen de transport qui s'appelle un chemin de
fer.
Adieu les durs cahots avec les vieilles pataches dans les mauvais
chemins! adieu la musique des grelots au collier des chevaux,
interrompue de temps en temps par les coups de fouet du postillon ou par
la trompette du conducteur! adieu ces relations qui se nouaient au cours
du voyage et se prolongeaient parfois après lui! On ne met plus que dix
heures au lieu de onze jours, pour aller de Paris à Strasbourg. Quelques
coups de sifflet et, comme en un songe, durant une nuit, on passe du
Nord au Sud ou du Levant au Couchant.
Voyez-vous ce tombereau qui ne contient qu'une tonne de cailloux? Un
cheval a peine à le tirer sur cette route bien entretenue. Voyez à côté:
un même cheval fait avancer sur ces rails un wagon chargé de 8 à 10
tonnes.
Mais les rails de fer n'offrent pas de garanties de durée suffisantes
lorsque la voie est très-inclinée et doit résister à l'usage réitéré des
freins ou au passage fréquent de lourdes charges. Dans ce cas, on a
recours aux rails d'acier. Les progrès de la carrosserie et du
charronnage, nous le verrons plus loin, sont contemporains des progrès
apportés à la construction des chemins et des routes, et le degré de
civilisation d'un peuple est en rapport intime avec l'état de ses voies
de communication. Que l'on considère les pays excentriques de notre
Europe: la Russie, la Turquie, et, sans aller chercher si loin,
l'Espagne, dont nous connaissons les chemins par les récits de Théophile
Gautier et les dessins de Gustave Doré, ne trouve-t-on pas les mêmes
ornières à l'esprit qu'à la chaussée? Le chemin de fer a contribué à
faire le dix-neuvième siècle. Sans lui, nous n'aurions pas accompli ces
progrès rapides que tout le monde admire.
Qu'on ne se méprenne pas cependant sur l'importance du rôle que peut
jouer un chemin de fer et qu'on ne le croie pas capable d'opérer des
transformations dans un pays qui n'offre des ressources ni par l'esprit
ou l'industrie de ses habitants, ni par la richesse ou la fertilité de
son sol. C'est pour avoir cru à la possibilité de semblables
transformations que de nombreux chemins de fer, construits en pays
étranger, n'ont produit d'autre résultat que la ruine de ceux qui les
avaient construits, sans changer d'une manière notable la face des pays
déshérités qui en avaient été dotés. Nous ne nous arrêterons pas,
d'ailleurs, à cette question économique qui nous ferait sortir de notre
sujet et n'a d'ailleurs rien que de très-facile à expliquer.
Les anciens avaient bien compris tout l'intérêt que peuvent offrir de
bonnes voies de communication. Ils employaient à leur construction les
peuples vaincus, et les établissaient avec une telle solidité qu'on en
retrouve encore aujourd'hui quelques-unes en parfait état de
conservation. Les voies romaines étaient remarquables par leur beauté et
leur solidité. Elles étaient formées de blocs énormes de pierre de
taille, parfois superposés, reposant sur une couche épaisse de béton,
c'est-à-dire de pierres cassées réunies entre elles par un ciment
très-résistant. Si nos pères ne connaissaient pas les causes de
l'hydraulicité des chaux et des ciments révélées par Vicat, ils
connaissaient du moins les mélanges capables d'acquérir par le temps une
dureté comparable à celle de la pierre la plus résistante.
Les plus célèbres voies qui nous restent de l'antiquité sont celles
qu'on connaît sous les noms de voies Appienne, Aurélienne, Flaminienne,
etc. La première doit son nom au censeur Appius Claudius (311 avant
J.-C.), qui la prolongea jusqu'au delà de Capoue, pendant environ 142
milles. La voie Flaminienne allait de Rome à Ariminum (aujourd'hui
Rimini). Elle avait 360 milles de longueur. Commencée par le consul
Flaminius, en 222 avant J.-C., elle fut prolongée ensuite jusqu'à
Aquilée, au fond de l'Adriatique.
Dans le nord de la France, en Belgique et en Bourgogne, on rencontre
encore de belles chaussées, auxquelles on a donné le nom de Brunehaut,
mais dont la construction remonte sans doute aux Romains. Il est peu
probable que cette reine, à travers les troubles qui ont agité son
règne, ait pu donner ses soins à l'exécution des grands travaux qu'on
lui attribue.
Ce qui est certain, c'est que les chaussées dont nous venons de parler,
dues ou non à Brunehaut, remontent à une date très-ancienne. Leur
existence actuelle ne fait que mieux prouver l'excellence de leur
construction.
Mais ce que pouvaient faire les Romains, grâce aux armées dont ils
disposaient et malgré des moyens d'exécution grossiers, est devenu après
eux, et pour longtemps, tout à fait impossible. À la fin du douzième
siècle, Philippe Auguste améliora les rues et les routes du royaume.
Plus tard, Colbert créa de nouveaux moyens de communication. Il s'occupa
de la réparation des routes existantes et de la construction de voies
nouvelles. C'est lui, rappelons-le en passant, qui fit construire le
célèbre canal du Languedoc et projeta celui de Bourgogne.
À cette époque, le corps des ponts et chaussées était déjà créé. Sa
fondation remonte à Louis XIII, mais c'est seulement à dater de 1739,
époque de son organisation par Trudaine et Perronnet, que les travaux de
viabilité reçurent une impulsion considérable: les grands ponts de
Neuilly, de Mantes et d'Orléans furent construits. Toutefois, le corps
des ponts et chaussées ne reçut sa constitution définitive qu'à dater du
décret impérial du 7 fructidor, an XII (25 août 1804), complété par les
décrets des 13 octobre 1851 et 17 juin 1854.
Dès lors, on s'occupa de la construction de ces routes magnifiques, à
chaussée entièrement pavée, mesurant, y compris les accotements destinés
aux piétons, jusqu'à 14 mètres de largeur.
À côté des _routes nationales_, réparties en trois classes, selon
qu'elles unissent Paris à un État voisin ou à un port militaire,--à une
des principales villes de France,--ou qu'elles établissent une
communication transversale entre plusieurs départements,--se placent les
_routes départementales_ construites et entretenues avec les fonds votés
par les conseils généraux des départements,--puis, les _chemins
vicinaux_, qui relient les routes aux villages ou les villages entre
eux, et enfin les _chemins ruraux_ destinés à faciliter les travaux de
l'agriculture et entretenus, comme les précédents, par les communes
intéressées. Nous comptons:
Routes nationales et départementales 86,628 kilom.
Chemins vicinaux 518,000 --
La circulation sur les routes nationales a été l'objet de comptages qui
permettent d'en apprécier l'importance. Elle est de 3,200 millions de
colliers à 1 kilomètre, ce qui signifie qu'elle est représentée par
5,200 millions de chevaux, ayant parcouru 1 kilomètre ou par environ
1,800,000 tonnes transportées à la même distance.
Quant au nombre des inspecteurs généraux, ingénieurs en chef, ingénieurs
ordinaires et élèves-ingénieurs, chargés des travaux de construction et
d'entretien des routes nationales, il est de 575. Indépendamment du
service des routes nationales, ces ingénieurs ont encore celui des
rivières, des canaux, des ports et des travaux maritimes, etc., et sont,
d'ordinaire, chargés des travaux à exécuter pour les routes
départementales.
On peut se faire une idée des sacrifices que fait l'État pour la
construction et l'entretien des voies de communication, par les sommes
énormes qu'il consacre _à l'enseignement_ du personnel auquel il confie
la direction des travaux. Un ingénieur des ponts et chaussées, à sa
sortie de l'école, se trouve avoir coûté à l'État 10,000 francs; un
ingénieur des mines plus du triple: 61,000 francs[1].
[Note 1: Compte rendu de la société des ingénieurs civils.--Séance du 8
janvier 1869.]
Les voies de terre perdant de leur importance, depuis l'impulsion donnée
à la construction des voies ferrées, les ingénieurs des ponts et
chaussées passent au service des compagnies et contribuent avec les
ingénieurs sortis de l'École Centrale et de quelques autres écoles à la
construction et à l'exploitation de ces nouvelles voies.
Le personnel qui appartient aux compagnies de chemins de fer est
considérable. Peu de personnes s'en font une idée exacte. Voici, à cet
égard, les renseignements, que nous extrayons de l'ouvrage de M.
Jacqmin, directeur de l'exploitation du chemin de fer de l'Est.
Le seul personnel de l'exploitation de la Compagnie de l'Est se
composait, au 31 décembre 1865, de:
5517 hommes commissionnés }
} 7966 agents.
2449 hommes en régie }
Ce chiffre étant pris comme base, le nombre des agents attachés à
l'exploitation des voies ferrées, en France, est de 43,000 environ.
II.--DE LA LOCOMOTION SUR L'EAU.
La feuille, la branche, le tronc d'arbre et le bateau.--Rivières,
fleuves, canaux, lacs, mers, océan.--Les ondulations. Les marées,
les courants et les vents.--Les vagues, la tempête et les navires
transatlantiques.--Le réseau des voies navigables en France.
La sécurité de la locomotion sur le sol, sur cette terre, qui est notre
élément, cesse au moment où nous l'abandonnons pour nous lancer sur
l'eau. Nous n'avons plus cette base ferme et solide sur laquelle nos
pieds, malgré leur faible étendue, trouvaient un appui suffisant, et,
pour nous soutenir sur l'eau, nous devons nous développer de tout notre
corps et fournir la plus grande surface possible.
Encore ne nous éloignons-nous jamais du rivage auquel nos forces
épuisées nous rappellent bientôt. Pour tenter de longs voyages, nous
devons emprunter un véhicule et nous demandons à nos bras, au flot
lui-même, au vent, à la vapeur, enfin, un secours indispensable. Il est
impossible de dire, avec Gessner, quel fut le «premier navigateur.» Le
premier homme qui tenta l'aventure vit-il une feuille tombée dans l'eau,
emportée par le vent, ou bien une branche, un roseau peut-être, ou un
tronc d'arbre entraîné par un courant, et l'idée lui vint-elle de faire
comme la fourmi sur la feuille ou l'oiseau sur la branche? On ne sait;
mais bientôt il creusa l'arbre pour le rendre plus léger, se fit une
voile d'un morceau de toile, imagina la rame et le gouvernail.
Qui saurait dire ce que le sombre gouffre a englouti de victimes et de
combien de vies a été payé chaque progrès accompli dans l'art de la
navigation!
Les rivières, les fleuves et encore moins les canaux n'offrent, eu égard
à leur faible largeur et à leur faible profondeur, aucun danger sérieux
dont la navigation ne se soit rendue maîtresse depuis longtemps. Un
cours plus ou moins rapide, un lit plus ou moins profond, pas plus de
vent que sur la terre et un abordage presque toujours facile à tout
moment du parcours, telles sont les conditions générales de la
navigation fluviale, qui n'a d'autre inconvénient que sa lenteur;
telles sont aussi les conditions de la navigation sur les lacs, à cela
près que, sur quelques-uns d'entre eux, le vent soulève parfois des
bourrasques, devant lesquelles les légères embarcations doivent fuir et
regagner la rive.
Mais, il en est tout autrement de cette grande étendue d'eau salée qui
couvre les trois quarts de notre globe, de l'Océan et des mers
secondaires.
Combien diffère du sol qui conserve la trace éternelle des travaux de
l'homme, cette masse liquide incessamment mobile, incessamment agitée,
plissée d'ondulations que le moindre zéphyr gonfle, grossit, et que le
vent grandissant fait éclater en tempêtes, vaste champ d'observations
que l'homme ne connaît pas encore, vaste corps insondé dont les savants
n'ont pu mesurer encore les capricieuses pulsations!
Le problème, que nous avons indiqué, de la recherche des lois du
frottement entre deux corps solides, problème dont la solution dernière
n'a pas encore été donnée, paraît bien simple à côté de celui du
déplacement d'un corps solide à la surface des eaux. Les plus grands
géomètres ont cherché à le résoudre: Newton, Lagrange, Laplace, Cauchy,
Airy, Fronde, Macquorne Rankine, etc.; et cette question, si elle a été
quelque peu éclaircie, ne laisse pas que d'être encore enveloppée de
ténèbres épaisses.
Une pierre jetée dans l'eau donne naissance à des courbes dessinant à sa
surface des cercles concentriques d'un rayon croissant. L'eau paraît
fuir le centre frappé, et pourtant elle ne se déplace pas. Ce phénomène
n'est autre que celui qu'on produit avec une corde étendue sur le sol,
puis relevée et abaissée brusquement. Les divers points de la corde
montent et descendent et, l'action cessant, reprennent sensiblement leur
position première. Les cercles concentriques, qui se sont produits sur
l'eau, sont le résultat de l'incompressibilité du liquide, de son
inélasticité. Comprimées par la chute de la pierre, les molécules
aqueuses, placées sous celle-ci, ont soulevé celles qui étaient à
l'entour en un cercle saillant. Celles-ci, s'abaissant en vertu de leur
poids, ont déterminé la formation d'un second cercle, celui-ci d'un
troisième et ainsi de suite; les saillies diminuant, les intervalles
augmentant, les ondulations se sont éteintes et, après une série
d'oscillations, le calme s'est rétabli.
Quelles sont les lois de ces ondulations dues à la chute d'un corps dans
l'eau, dues aussi à la progression d'un corps solide à sa surface?
Il n'y a que trouble dans l'esprit des savants sur la nature, la
direction et l'amplitude du mouvement moléculaire dans l'ondulation.
Ils sont à peu près d'accord sur ce fait: que la direction du mouvement
est verticale ou sensiblement verticale; mais sur ce point seul ils
s'entendent.
Indépendamment de ces mouvements que prend la masse liquide sous
l'action du navire qui progresse à sa surface, il s'en produit encore
d'autres qui sont dus aux attractions de la lune et du soleil combinées,
au mouvement de rotation de la terre, aux différences de densité
résultant des différences de température et de salure des eaux, enfin
aux courants et aux vents.
Le soleil et la lune exercent sur les eaux une attraction d'autant plus
sensible que l'étendue des mers est plus considérable. Telle est la
cause du phénomène des marées.
La surface des mers se trouve, dans son immense étendue, soumise à des
différences de température,--élévation dans les régions équatoriales,
abaissement dans les régions tropicales,--à des différences de salure
qui déterminent des différences de densité. L'équilibre cesse tous les
jours d'exister dans la masse des eaux, les mêmes causes amenant les
mêmes variations de densité. Les parties les plus denses gagnent
l'équateur, sous l'influence du mouvement de rotation de la terre; les
parties les moins denses ou les plus légères se dirigent, au contraire,
vers les pôles, où elles se refroidissent de nouveau.
La masse d'air, qui règne au-dessus des mers, est soumise aux mêmes
causes de perturbation que celle des eaux. L'air enlève des quantités de
vapeur considérables, qui gagnent les parties supérieures de
l'atmosphère où elles se condensent. Les mêmes variations de densité
déterminent, à des degrés divers, les mêmes mouvements dans la masse
gazeuse et donnent naissance aux vents, d'intensité et de direction
fixes ou variables.
Ainsi donc, trois causes, incessamment renaissantes, troublent la
surface des eaux: _les marées_, _les courants_ et _les vents_.
Les marées ne produisent d'action sensible sur la navigation que dans
le voisinage des côtes et passent inaperçues au milieu de l'Océan. Les
marins doivent cependant avoir égard aux mouvements d'élévation et
d'abaissement des eaux qui se produisent dans certaines mers. «La Manche
et la mer du Nord se vident et se remplissent. L'Adriatique subit une
différence de niveau à laquelle la Méditerranée semble ne participer que
faiblement. La mer Rouge subit des différences de niveau de un à deux
mètres, et dans le golfe Persique ces différences sont beaucoup plus
fortes[2].»
[Note 2: Flachat.]
Les courants, aussi bien que les vents, sont des auxiliaires ou des
entraves pour la navigation. Aussi, les navires à voile, qui se rendent
dans certains pays, ont-ils soin de faire coïncider l'époque de leur
voyage avec celle des courants et des vents favorables dans les mers
qu'ils doivent parcourir. C'est ainsi, par exemple, que les navires à
voile parcourant la mer Rouge, allant de Suez aux Indes, exécutent ce
voyage entre avril et mi-septembre,--période durant laquelle soufflent
les vents du nord,--et reviennent du détroit de Bab-el-Mandeb à Suez
entre octobre et avril, époque à laquelle les vents ont changé de
direction et soufflent du sud.
La vitesse des courants généraux varie, en mer, entre 0m,25 et 0m,75 par
seconde; les courants locaux, dus aux marées, dépassent rarement 2m,00.
En certains points, cependant, cette vitesse peut atteindre 5m,00 par
seconde.
Mais la principale cause d'agitation de la mer est l'action du vent,
dont l'intensité varie depuis la brise jusqu'à l'ouragan, depuis une
vitesse nulle jusqu'à 45 _mètres par seconde_ et peut exercer, dans cet
intervalle, des pressions variables de 0 à 277 kilogram. _par mètre
carré_; c'est alors l'ouragan qui déracine les arbres et renverse les
édifices, et les navires doivent le fuir.
Jusqu'à quelle profondeur s'étend cette agitation de la mer sous
l'action du vent? On ne sait. La vie animale se maintient à 160 mètres.
L'extraction du fond de la mer de tronçons de câbles sous-marins a
prouvé qu'elle avait lieu à 2,000 et 3,000 mètres, mais il est peu
probable que l'agitation de la mer atteigne ces grandes profondeurs et
on doit plutôt attribuer les mouvements qui ont été constatés, à des
différences de densité dont la fonction est de maintenir un équilibre de
composition, une homogénéité constante entre les diverses parties des
océans.
L'agitation de la mer se traduit à sa surface par la formation des
ondulations que, dans le langage ordinaire, on nomme des _vagues_. Tant
que le vent reste faible, les vagues sont peu accusées, et il ne se
produit qu'un phénomène de soulèvement et d'abaissement alternatifs de
la surface liquide, phénomène absolument semblable à celui que l'on
constate, au moment de la moisson, à la surface d'un grand champ de blé;
les épis s'inclinent, se relèvent, puis s'inclinent encore et se
relèvent de nouveau, par zones plus ou moins étendues; les oscillations
se succèdent à intervalles plus rapprochés, quand la violence du vent
augmente; les épis _semblent_ fuir et cependant restent fixés au sol.
Il faut une tempête violente pour les en arracher et les transporter au
loin. De même, quand sur la mer les ondulations grandissent et les
vagues s'élèvent, le vent qui frappe leur crête, la brise et la rejette
en une volute d'écume sur le flanc de la vague. Il y a, dans ce cas, un
_réel_ mouvement de translation.
Les vagues ne sont pas, d'ailleurs, ces montagnes liquides qu'a cru voir
une imagination trop vive au fort de la tempête. Les navigateurs les
plus expérimentés, dont les observations méritent le plus de créance,
n'ont pas constaté de hauteurs supérieures à 15 mètres. C'est le quart
du chiffre indiqué, d'une manière approximative, par certaines personnes
dont les yeux seuls ont servi d'instrument de mesure. Les dangers
auxquels on est exposé au milieu d'une tempête, sont assez nombreux pour
qu'on cherche à détruire les préjugés que l'ignorance ou la frayeur fait
naître.
Il ne faut pas juger non plus des secousses que ces vagues peuvent
produire sur la coque d'un bâtiment, par les effets qui résultent de
leur choc contre les falaises, les jetées ou les murs de quais,
obstacles immobiles opposés à la fureur de la mer. Sous un effort trop
violent, le bâtiment s'incline, puis, l'effort cessant, se redresse.
Mais si la falaise est de roche peu résistante, si le mur n'est pas fait
de bons matériaux, reliés par le meilleur mortier, s'il n'est pas
suffisamment épais, la vague l'ébranle et bientôt le détruit.
La seule condition à remplir pour que le navire résiste, c'est qu'il
constitue une masse parfaitement indéformable et de dimensions assez
grandes pour rester insensible aux agitations de l'Océan. Ces dimensions
sont celles des bâtiments qui font aujourd'hui le service de l'Amérique
et de l'Australie.
Résumons les quelques indications qui précèdent:
L'immense plaine nue de l'Océan est la carrière libre des vents, et les
véhicules ou les navires qui se lancent à sa surface n'ont ni un sol
solide comme appui, ni une atmosphère calme comme milieu; instabilité
constante au-dessous, instabilité constante au-dessus, toutes deux
indissolublement unies, mais non pas sans limites dans leurs
ébranlements et dans leurs fureurs.
L'homme a su les maîtriser, et l'expérience l'a plus servi dans la lutte
que ses calculs, car c'est à peine s'il a entrevu la vérité et pénétré
l'un des innombrables mystères qui se passent au sein des eaux.
Peut-on chiffrer l'importance des moyens de communications maritimes
offerts à l'activité des nations?
La mer appartient à tous les peuples, et on peut dire que sa surface,
presque tout entière, est ouverte à leur commerce et à leur industrie.
Le réseau des voies navigables intérieures qui sillonnent notre pays,
comprend:
500 kilom. de rivières flottables;
7000 kilom. de rivières navigables;
4800 kilom. de canaux.
Soit, en totalité, 12,300 kilomètres.
III.--DE LA LOCOMOTION DANS L'AIR.
Les vents.--La chute d'un corps dans l'air et dans le vide.--Les
oiseaux et les ballons.--La direction des ballons paraît une
utopie.--Invention d'un moteur à poudre.
Nous connaissons déjà l'air parce que nous en avons dit à propos des
tempêtes qu'il soulève à la surface des mers, et nous n'avons pas besoin
d'insister de nouveau sur la violence des mouvements dont sa masse est
souvent agitée pour faire comprendre les difficultés que trouve l'homme
à s'y mouvoir dans une direction déterminée. En passant de la terre sur
l'eau, du corps solide sur le corps liquide, les points d'appui qui
doivent servir de base à la locomotion perdent de leur fixité, et le
véhicule ne devient stable qu'en intéressant à ses mouvements une grande
masse de liquide; dans l'air, dont les propriétés essentielles sont la
mobilité et la compressibilité, les points d'appui manquent presque
absolument, nous disons _presque_, car le vide seul admet dans ce cas
l'absolu: un morceau de papier, que nous laissons tomber dans l'air
tranquille, ne descend jamais verticalement; il est dévié de cette
direction par l'air qui presse sa surface; dans un tube, où nous aurons
fait le vide, ce même morceau de papier tombera dans une direction qui
se rapprochera d'autant plus de la verticale que le vide aura été fait
d'une manière plus parfaite, et il suivra rigoureusement la verticale,
si le vide est absolu.
C'est seulement en comprimant la masse gazeuse environnante que le
véhicule aérien se crée un appui et peut se mouvoir dans telle ou telle
direction.