ce large développement des voies ferrées, qui serait à peu près
impossible dans les villes françaises, en dépit des grandes voies
rectilignes ouvertes par nos municipalités modernes. Notre esprit
national, à l'encontre de celui des Américains, se prête peu à
l'introduction des chemins de fer au centre des villes, et ce n'est pas
sans lutter que les Compagnies obtiennent l'établissement de voies
ferrées sur les quais de nos principaux ports et leur exploitation au
moyen de locomotives. Là, encore, le cheval prévaut et le temps seul
pourra dissiper les craintes des populations trop promptes à s'effrayer.
L'homme s'est efforcé de tirer parti de toutes les forces qui s'offrent
naturellement à lui avant d'en chercher de nouvelles. Avant d'imaginer
la locomotive, il avait inventé les plans automoteurs, ces voies
inclinées le long desquelles un train de wagons pleins fait, à l'aide
d'un câble et d'une poulie, et par la seule action de la pesanteur,
remonter un train de wagons vides.
Le système des plans automoteurs est très en usage dans les mines, où il
fournit un moyen économique d'opérer les transports. Dans certains cas,
le poids de l'eau est employé comme moteur. On en remplit, au sommet du
plan incliné, des chariots en tôle dont le poids fait remonter des
wagons chargés de charbon et de minerai.
Robert Stephenson pensait même que ce système pourrait être appliqué au
service des plans automoteurs dans les régions montagneuses de la
Suisse; mais le système funiculaire ne laisse pas que de présenter
toujours de graves inconvénients, et nous ne savons pas qu'il ait été
appliqué dans ces conditions au transport des voyageurs.
Les chevaux, la pesanteur, agissant sur le corps transporté utilement,
ou sur l'eau, tels ont été les seuls moteurs appliqués aux voies ferrées
avant l'invention de la machine à vapeur. On conçoit que les inventeurs
n'aient pas eu recours à l'action du vent, qui est trop irrégulière et
trop variable pour pouvoir être toujours efficace.
C'est après l'application de la machine à vapeur à l'élévation des eaux,
à l'épuisement des mines, et vers l'année 1776, aux différents usages de
l'industrie, que l'on pensa à l'employer au remorquage des wagons. Les
bennes remontaient dans les puits d'extraction: il ne paraissait pas
plus difficile de remonter des wagons sur un plan incliné.
On a fait plusieurs applications remarquables de ce mode de traction:
entre autres, les plans inclinés de Liége, dont les pentes varient de
0m,14 à 0m,30 par mètre (ils ont chacun 1,980 mètres de longueur et
rachètent une même hauteur de 55 mètres), le plan incliné de
Styring-Vendel, le plan incliné de la Croix-Rousse, à Lyon (pente 0,1605
sur 489m,20 de longueur). Dans les exploitations des environs de
Newcastle, de Sunderland, de Manchester, etc., dans les comtés de
Northumberland et de Durham et dans le Lancashire, on trouve de même de
nombreuses applications du système funiculaire.
Une ou plusieurs machines à vapeur mettent en mouvement de grands
tambours, ou cylindres horizontaux, sur lesquels s'enroule un câble en
chanvre, en fer ou en acier, rond ou plat, dont les extrémités sont
réunies ou laissées libres. À ce câble on attache le wagon de tête d'un
train et les autres wagons suivent. Des freins puissants sont appliqués
aux tambours et aux wagons eux-mêmes pour modérer la vitesse qu'ils
tendent à prendre au moment de la descente du train, sous l'action de la
pesanteur. Ces derniers sont, d'ordinaire, construits de telle sorte
qu'ils peuvent agir automatiquement en cas de rupture du câble,
étreindre, comme des mâchoires, les rails de la voie ou transformer
instantanément le wagon en un traîneau en rendant immobiles les roues
qui le portent.
Un autre mode de traction a été encore imaginé, pour le remorquage des
véhicules avant l'invention de la locomotive. C'est le système
atmosphérique. Chacun sait que l'atmosphère exerce sur les objets qui y
sont plongés, une pression dont le baromètre donne la mesure; chacun
sait que si l'on vient à extraire, au moyen d'une pompe, l'air contenu
dans un tuyau en dessous d'un piston mobile, ce piston se déplacera sous
la pression de l'air agissant sur l'autre face et entraînera avec lui
une charge plus ou moins considérable, selon le diamètre plus ou moins
grand du piston et le vide plus ou moins complet qui aura été fait dans
le tuyau. L'existence de l'atmosphère constitue donc une force. Et,
l'aurait-on soupçonné? l'idée d'utiliser cette force revient précisément
à l'homme qui montra le parti qu'on pouvait tirer de la production et de
la condensation de la vapeur d'eau, à Papin. Les savants de la fin du
dix-septième siècle s'étaient vivement préoccupés des moyens d'utiliser
la pression de l'atmosphère, les uns pour en faire un moteur mécanique
d'une application générale à l'industrie; les autres uniquement pour
répondre au désir du grand roi, qui voulait doter ses jardins de
Versailles de nouveaux charmes, en y amenant les eaux de la Seine.
Papin essaya du vide obtenu au moyen de pompes pneumatiques et
expérimenta sa machine, en 1687, devant la Société royale de Londres;
plus tard, il se servit de la poudre à canon dans le même but (mais
cependant après l'abbé d'Hautefeuille); en 1690, enfin, il publia dans
les _Actes de Leipsick_ la description de son cylindre à vapeur, où il
obtenait encore le vide (vide relatif) au moyen de la production et de
la condensation successives de la vapeur, découverte qui à elle seule
immortalisera son nom. Les expériences de Papin sur le vide, produites à
l'aide de pompes aspirantes, ne réussirent qu'imparfaitement, et l'idée
resta dans l'oubli jusqu'en 1810, époque à laquelle parurent les
premières locomotives.
Un ingénieur danois, Medhurst, proposa d'appliquer la pression
atmosphérique au transport des marchandises, des lettres et des journaux
à l'intérieur d'un tube. (Disons, en passant, que c'est au moyen de la
pression de l'air, comprimé dans un tuyau, que s'opère à Londres et à
Paris,--entre certaines stations,--le transport des dépêches.) L'idée de
Medhurst fut reprise, en 1824, par Vallance, qui proposa de substituer
les voyageurs aux marchandises et qui fit l'essai de son système sur la
route de Brighton. Se confier, vivant, à une machine pénétrant dans un
souterrain, où l'air manquait, où la lumière pouvait manquer, n'était
pas du goût du public du temps. La tentative de Vallance demeura sans
succès.
[Illustration: Fig. 34.--Coupe transversale du tube atmosphérique.]
Trois ans après, Medhurst proposa de substituer au grand tube de
Vallance un tube de plus petit diamètre, couché entre les rails; le
tube contenant le piston locomoteur et les rails portant les wagons à
voyageurs. Une fente longitudinale ménagée sur le tube devait servir au
passage d'une tige reliant les wagons au piston. La difficulté était de
trouver une soupape pouvant fermer hermétiquement cette fente et se
soulever aisément au passage du train. Après des essais nombreux et
infructueux, on expérimenta, en 1838, la soupape de MM. Clegg et Samuda,
qui donna de bons résultats. En 1843, on fit une épreuve en grand sur le
chemin de Kingstown à Dalkey, en Irlande. L'expérience réussit, la
France s'en émut et, sur le rapport favorable de M. Mallet, inspecteur
général des ponts et chaussées, il fut décidé que la traction sur le
chemin de Saint-Germain, dans la partie comprise entre Nanterre et
Saint-Germain, s'effectuerait suivant le système de l'ingénieur danois.
On voit encore à Nanterre et à Chatou les bâtiments destinés à recevoir
les pompes qui devaient faire le vide dans le tuyau atmosphérique. Les
pompes magnifiques, les machines à vapeur et la batterie de chaudières
placées en haut de la pente (0m,035 par mètre) qui mène du Pecq à
Saint-Germain, ont disparu et cet énorme attirail, superbe agencement de
forces impuissantes, objet de l'attention et de l'admiration de tant de
visiteurs, n'a plus fourni qu'un amas de pièces inutiles, bonnes à
renvoyer à la fonderie ou à la forge.
[Illustration: Fig. 35.--Coupe longitudinale du tube atmosphérique.]
Le système atmosphérique, après quatorze années d'essai, a été abandonné
entre le Pecq et Saint-Germain. Les locomotives remontent seules tous
les trains, et le prix de la traction par train et par kilomètre est
descendu de 3 fr. 80 ou 4 fr. à 1 fr. 32. C'est dire que le système
atmosphérique est mort, et sans chances de revivre.
B.--INVENTION DE LA LOCOMOTIVE.--Voitures de Cugnot, d'Oliver
Evans.--Locomotive de Trewithick et Vivian, de Blenkinsop, de
Brunton, de Stephenson.--Séguin invente la chaudière tubulaire et
Stephenson le jet de vapeur.
C'est vers l'année 1759, nous apprend le célèbre Watt, que le docteur
Robinson, alors élève à l'Université de Glascow, eut l'idée d'appliquer
la vapeur au mouvement des roues des véhicules. Watt lui-même, en 1784,
a décrit une machine inventée par lui dans le même but; mais les idées
de Robinson, aussi bien que celles de Watt, n'ont reçu aucune
réalisation.
L'honneur d'avoir le premier construit une voiture se mouvant à l'aide
de la vapeur, appartient au Français Cugnot. Les premiers essais de
Cugnot eurent lieu en 1763. À lui revient l'idée,--au maréchal de Saxe,
au général de Gribeauval, au duc de Choiseul, ministre de la guerre de
Louis XV, revient l'honneur d'avoir contribué à sa réalisation.
La voiture de Cugnot était un fardier à trois roues, destiné au
transport des canons. La vapeur produite dans une chaudière placée en
porte-à-faux, agissait dans deux cylindres en bronze dont les pistons,
alternativement soulevés et abaissés, actionnaient un petit arbre à
manivelle relié au moyen d'engrenages à la roue d'avant. Cette roue
était garnie d'un large cercle faisant prise sur le sol au moyen de
fortes saillies et pouvait, à l'aide d'engrenages placés sous la main du
conducteur, se déplacer sur elle-même de manière à faire prendre au
véhicule les directions variées de la route à parcourir.
Mais la voiture de Cugnot ne pouvait faire que quatre kilomètres à
l'heure,--c'est la vitesse d'un cheval au pas;--au bout de peu de temps,
l'eau manquait et elle s'arrêtait. Elle était bien imparfaite, à la
vérité, mais elle laissait deviner l'avenir. Il appartient aux hommes de
génie de lever le voile qui couvre certaines découvertes et de voir dans
un embryon toute une destinée. Napoléon, à son retour d'Italie, apprend
l'existence de la voiture de Cugnot et exprime l'avis qu'on peut _en
tirer un grand parti_! Le génie de la guerre a entrevu l'instrument de
la paix à venir.
[Illustration: Fig. 36.--Voiture de Cugnot.]
Le Conservatoire des Arts-et-Métiers et le Ministère de la guerre se
disputèrent longtemps la machine de Cugnot; le premier finit par
l'obtenir. C'est dans une des salles de ce musée qu'elle est encore,
donnant la mesure des progrès accomplis depuis 70 ans.
Quant à Cugnot, qui avait eu, sur la proposition du général de
Gribeauval, une pension de 600 livres et qui en avait été privé au
moment de la Révolution, il serait mort de misère si une dame charitable
de Bruxelles ne lui était venue en aide. Il avait soixante-quinze ans
quand Bonaparte, premier consul, lui rendit sa pension et en éleva le
chiffre à 1,000 livres. Il vécut encore quatre ans et mourut en 1804,
pauvre, mais heureux comme on doit l'être, après une vie de labeur, en
voyant grandir l'oeuvre dont on a été le premier artisan. À ce moment,
les locomotives commençaient à fonctionner dans les mines de Newcastle.
C'est en Amérique et en Angleterre que se poursuivent dès lors les
essais d'application de la vapeur à la locomotion.
Oliver Evans, en 1800, construit une voiture à vapeur qu'il fait
circuler dans les rues de Philadelphie. Trewithick et Vivian,
mécaniciens de Cornouailles, prennent, en 1802, un brevet pour une
voiture du même genre, et font marcher leur première locomotive, en
1804, sur les rails du chemin de Merthyr-Tydwill, dans le pays de
Galles. Mais il semble que l'adhérence manque: on croit devoir recourir
à l'emploi de stries sur la jante des roues.
En 1811, paraît la locomotive de M. Blenkinsop, directeur des houillères
de Middleton. Cette machine avait quatre roues porteuses et s'avançait
sur les rails à l'aide d'une roue dentée s'engrenant dans une
crémaillère couchée entre les deux rails. Deux cylindres verticaux,
placés au-dessus de la chaudière, transmettaient, au moyen de bielles,
de manivelles et de pignons, le mouvement à cette roue dentée. La
chaudière était un corps cylindrique traversé par un gros tube ayant à
l'une de ses extrémités le foyer et à l'extrémité opposée la cheminée.
En 1813, un ingénieur, du nom de Brunton, remplace la roue dentée et la
crémaillère par des béquilles s'appuyant sur les rails, comme la gaffe
du batelier sur le fond de la rivière à la surface de laquelle chemine
son bateau.
[Illustration: Fig. 37.--Machine de Blenkinsop (1811).]
M. Blackett étudie, dans le courant de cette même année, la question de
l'adhérence, qui, jusque-là, avait paralysé tout progrès. Il reconnaît
que le frottement qui s'exerce entre la roue de fonte de la locomotive
(car, à cette époque, les roues étaient entièrement en fonte) et les
rails, est suffisant pour produire la progression de celle-ci et des
wagons à remorquer.
L'année suivante, George Stephenson utilise toute l'adhérence des roues
de sa machine en réunissant celles-ci par une chaîne sans fin, qui rend
leurs mouvements solidaires. Le mode de suspension de cette machine
mérite de fixer l'attention: la chaudière repose sur les roues par
l'intermédiaire de tiges reliées à des pistons sur lesquels agissent
l'eau et la vapeur contenues dans la chaudière. On rapporte que cette
locomotive a remorqué 30 tonnes à une vitesse de 6,500 mètres à l'heure.
En 1815, G. Stephenson perfectionne sa machine. Les cylindres de
suspension sont remplacés par des ressorts. À la chaîne sans fin, M.
Hackworth substitue, en 1825, une bielle d'accouplement. Ce n'est pas
encore notre locomotive actuelle, mais, telle qu'elle est, la machine de
Stephenson rend déjà des services pour le transport des charbons.
[Illustration: Fig. 38.--Machine de G. Stephenson (1814).]
Jusqu'en 1827, il n'y a pas de progrès nouveau dans la construction des
locomotives. Cependant, le chemin de Saint-Étienne à Lyon s'achève; on
prévoit l'exploitation, et dans ce but on fait venir deux des
locomotives inventées par Stephenson et en usage en Angleterre. Le
directeur du chemin de Saint-Étienne, Marc Séguin, les examine. Il est
tout d'abord frappé de leur faible production de vapeur et, pour y
remédier, il leur applique le perfectionnement qu'il venait d'apporter
aux chaudières servant à la navigation du Rhône: au gros tube faisant
foyer de ces machines, il substitue un grand nombre de petits tubes. La
chaudière tubulaire est inventée; mais cette grande division des
produits de la combustion, ralentit le tirage. Pour obvier à cet
inconvénient capital, Séguin a recours au ventilateur à force
centrifuge; il arrive ainsi à produire jusqu'à 1,200 kilogrammes de
vapeur par heure, avec des chaudières de 3 mètres de longueur et de
0m,80 de diamètre, renfermant 43 tuyaux de 0m,04 de diamètre. Ce moyen
d'opérer artificiellement le tirage du foyer n'a pas toute la simplicité
nécessaire. Stephenson, adoptant la chaudière tubulaire, se trouve en
face du même problème et, pour le résoudre, il imagine de conduire dans
la boîte à fumée la vapeur qui, après son action dans les cylindres, se
perd dans l'air. L'idée n'est pas nouvelle, elle remonte aux temps les
plus reculés, mais l'application est neuve et détrône le ventilateur de
Séguin.
La locomotive est désormais inventée. En octobre 1829, un concours est
organisé sur le chemin de Liverpool à Manchester; le prix est décerné à
_la Fusée_ (the Rocket), sortie des ateliers de Stephenson, qui
remorque, avec une vitesse de six lieues à l'heure, une charge de près
de 13,000 kilogrammes. Sans charge, elle fournit une course de dix
lieues à l'heure.
À partir de cette époque, de nombreux perfectionnements viennent chaque
jour s'ajouter à ceux dont la nouvelle machine a été dotée, mais ces
perfectionnements n'ont plus qu'une importance secondaire vis-à-vis des
inventions dues à Séguin et à Stephenson.
L'usage de la nouvelle machine se répand. Sa vitesse et sa puissance
augmentent, ses dimensions s'accroissent. Les différentes parties du
mécanisme deviennent l'objet d'études spéciales et, en même temps le
travail des ateliers se perfectionne, les expériences se font, la
science s'établit.
C.--LA LOCOMOTIVE.--Différents types.--Machines à voyageurs à
moyenne et à grande vitesse; Crampton.--Machines
mixtes.--Machines à marchandises de moyenne et de grande
puissance: Engerth, Beugnot.--Progrès accomplis dans la
construction des locomotives; leur puissance.
Des types sont créés pour les divers services effectués par ces
nouvelles machines. Les uns servent au transport des voyageurs, les
autres au transport des marchandises, d'autres, enfin, dans les gares ou
sur les lignes de faible longueur.
[Illustration: Fig. 39.--Machine Crampton.]
Il ne faut pas s'attendre à trouver un ou deux types spéciaux pour
chacun des services que nous venons d'indiquer. Il n'en est pas des
choses de la science appliquée comme de celles de la science pure, et
l'on est bien loin de s'entendre sur un fait de mécanique comme on
s'entend sur un théorème de géométrie ou sur une question d'algèbre.
Aussi, suivant les Compagnies, les types varient-ils et, à part certains
caractères généraux, il serait assez difficile d'indiquer les
différences qui existent entre les divers modèles adoptés. Ces
différences sont, d'ailleurs, en partie légitimées par les conditions
variées où se trouve placée l'exploitation de chaque chemin: tracé de la
voie en plan et en profil, nature du combustible, etc., il faut avoir un
moteur dont la construction,--qu'on nous permette la comparaison,--dont
les entrailles, dont les jambes répondent à la nourriture qu'on lui
donne, à la course qu'il doit fournir.
Les machines à voyageurs sont destinées à un service de moyenne vitesse
(trains omnibus) ou à un service de grande vitesse (trains express).
Dans le premier cas, elles sont construites pour marcher à 35 ou 40
kilomètres; dans le second, à 70 kilomètres à l'heure. Ce qui distingue
essentiellement ces deux types, c'est la dimension des roues motrices,
qui ont, dans le second, jusqu'à 2m,60 de diamètre, et leur position en
arrière du foyer, l'essieu passant sous les pieds du mécanicien. On
conçoit que pour un même nombre de coups de piston ou de tours de roue,
elles parcourent, grâce au grand développement de leur circonférence, un
plus grand espace que les premières, dont les roues n'ont jamais un
diamètre supérieur à 1m,80.--On peut dire de ces machines, dont
l'ingénieur Crampton est l'inventeur, qu'elles courent _ventre à terre_.
La marche rapide qu'elles doivent fournir exigeait un puissant organe
respiratoire et digestif, une longue chaudière, par conséquent; elle
demandait encore une grande stabilité; aussi, le centre de gravité
a-t-il été placé le plus bas possible, les différentes parties du
mécanisme étant groupées de chaque côté du corps cylindrique et rendues
ainsi d'une surveillance plus facile.
[Illustration: Fig. 40.--Machine Petiet (Nord).]
Entre les machines à voyageurs et les machines à marchandises se placent
les machines mixtes, destinées à faire un service commun sur les lignes
de peu d'importance et à remorquer des trains composés de wagons à
voyageurs et de wagons à marchandises. Il faut, pour ce service spécial,
des locomotives d'une vitesse supérieure à celle des trains de
marchandises ordinaires, et d'une puissance plus considérable que celle
des locomotives destinées spécialement aux trains de voyageurs.
L'indépendance des roues, qui était le caractère propre des machines
précédentes, n'est plus possible. Il faut, comme on dit, faire _feu des
quatre pieds_ et obtenir une adhérence plus grande. On arrive à ce
résultat en rendant le mouvement d'une des deux paires de roues,
précédemment laissées libres, solidaire de celui des roues motrices. On
_conjugue_ les essieux, c'est-à-dire qu'on les réunit au moyen de tiges
ou de bielles d'_accouplement_, ce qui nécessite, comme point de départ,
qu'elles aient le même diamètre. Ainsi donc: deux paires de roues d'égal
diamètre, reliées entre elles, tel est le caractère essentiel de la
machine mixte. Une troisième paire de roues, d'un diamètre plus petit
(1m,00, tandis que les grandes ont jusqu'à 1m,74 de diamètre),
accompagne celles-ci et contribue avec elles à porter le lourd véhicule.
La vitesse des trains mixtes résulte du diamètre des roues motrices de
la locomotive qui les remorque; leur résistance au mouvement est
surmontée, grâce à l'accouplement de ces mêmes roues.
On pressent déjà les dispositions que doivent présenter les machines à
marchandises. Qui ne connaît le _scolopendre_, ce myriapode,
vulgairement appelé mille-pieds, au corps allongé, divisé en nombreux
segments, aux pieds terminés par un crochet, qui, dans nos climats, n'a
pas plus de 5 à 8 centimètres et qui, dans l'Inde, a jusqu'à 30
centimètres de longueur? Cet animal repoussant est cependant remarquable
par la puissance de son appareil locomoteur: 74 paires de pattes! La
machine Beugnot, l'un des types les plus puissants, l'une de celles qui
en a le plus, en a dix fois moins: 7 paires de roues seulement.
Les machines à petite vitesse sont de deux espèces, celles de moyenne
puissance, qui font le remorquage des trains ordinaires de marchandises
sur les lignes peu accidentées et peu contournées, et celles de
très-grande puissance, qui doivent circuler sur des lignes d'un tracé
difficile, en traînant après elles des convois lourdement chargés.
Les machines de moyenne puissance ont d'ordinaire trois paires de roues
de même diamètre accouplées. Le diamètre de ces roues est toujours
faible et ne dépasse guère 1m,50. Elles sont généralement ramassées, de
forme trapue, comme ces hommes qui sont capables de fournir de leurs
reins et de leurs jambes de grands efforts.
Dans les machines de grande puissance, spécialement destinées à
remorquer de lourdes charges sur des chemins rapides et à courbes de
petit rayon, le corps cylindrique s'allonge, car il faut une grande
production de vapeur; le nombre des roues augmente, car il faut user de
toute l'adhérence; le mécanisme enfin se complique, car il faut donner à
ce grand corps de métal la souplesse nécessaire à une marche sinueuse.
[Illustration: Fig. 41.--Une station, en Amérique.]
C'est pour franchir la montagne du Sommering, avec des pentes de 25
millimètres, que l'ingénieur autrichien Engerth a construit la puissante
locomotive qui porte son nom et dans laquelle il a réuni sur dix roues
le tender et la machine, de manière à profiter de toute l'adhérence
possible, en laissant aux deux parties du système la possibilité de se
mouvoir et de s'inscrire dans des courbes de 190 mètres de rayon.
[Illustration: Fig. 42.--Machine Jefferson.]
Le problème de la locomotion, dès qu'il s'agit de fortes pentes, en
courbes de faible rayon, présente les plus grandes difficultés. Chaque
jour les ingénieurs font un nouveau pas vers la solution, mais celle-ci
n'est point encore atteinte et on ne peut prévoir l'époque où la machine
de montagne, celle qui se rapprochera le plus de notre scolopendre, par
sa force et sa souplesse, sera trouvée.
À côté de ces lourdes machines, aux formes massives et athlétiques,
auxquelles incombent les transports les plus importants, se trouvent des
machines plus légères, plus rapides à la course: les _machines-tenders_,
qui portent avec elles leur provision d'eau et de combustible pour les
courts trajets qu'elles doivent accomplir. Les machines-tenders servent
à la traction sur les lignes de banlieue, et sont utilisées dans les
gares pour les manoeuvres de composition et de décomposition des trains,
trop lentes avec des chevaux ou à bras d'hommes.
Tels sont, très en résumé, les divers types de machines nécessaires à
l'exploitation des voies ferrées, et que l'on trouve dans le matériel de
toutes les Compagnies de France ou de l'étranger, avec les différences
naturelles que les conditions locales leur imposent.