voies ferrées, si parfait qu'il soit déjà, n'est pas encore, dans tous
les cas, tout ce que l'on peut désirer. Il ne faut pas que le chemin qui
est à parcourir nous empêche de reconnaître les améliorations
accomplies.
On sait que la puissance d'une machine dépend des dimensions de ses
entrailles, nous voulons dire de l'étendue de sa surface de chauffe. À
l'origine, les machines du chemin de Versailles mesuraient 56 mètres
carrés; ce chiffre a été à peu près quadruplé: les grosses machines du
chemin de fer du Nord ont jusqu'à 213mc,35 de surface de chauffe. Au
lieu de 450 kilogrammes d'eau, elles digèrent ou évaporent dix fois
plus, et jusqu'à 5,000 kilogrammes d'eau par heure. Le corps
cylindrique, qui n'avait que 2m,43 de longueur dans les anciennes
machines Sharp, a aujourd'hui jusqu'à 4m,89 dans les Engerth.
L'augmentation de poids est la conséquence naturelle de l'augmentation
des dimensions. La Fusée pesait 4 tonnes 30 et, sans remonter si loin,
les anciennes machines Buddicom pesaient 17 tonnes; aujourd'hui, les
Engerth, avec leur tender, pèsent 62 tonnes 80. L'adhérence a augmenté
avec le poids et, tandis que la charge remorquée par les anciennes
machines n'était que de 40 tonnes, à la vitesse de 10 kilomètres à
l'heure, elle est aujourd'hui: de 700 tonnes, à une vitesse de 23
kilomètres pour les Engerth, ou de 88 tonnes, à une vitesse de 80
kilomètres, pour les Crampton.
À l'encontre de ce qui arrive pour les chevaux, qui produisent en raison
de la nourriture qu'on leur donne (parce que nous n'avons pas encore
trouvé le moyen de diminuer leurs facultés digestives et assimilatrices,
sans réduire leur quantité de travail, l'oeuvre de Dieu étant parfaite),
la consommation des machines s'est améliorée: par de meilleures
proportions données au foyer, à la chaudière et aux différentes parties
du mécanisme, la quantité de combustible brûlée pour transporter une
tonne à 1 kilomètre a été réduite de 0k,45 à 0k,032, c'est-à-dire dans
la proportion de 14 à 1.
Le travail des ateliers s'est perfectionné, le prix des machines s'est
notablement abaissé, et cela en dépit du prix de la main-d'oeuvre, qui
va constamment en croissant. L'unité-cheval a notablement baissé. Et
quelle perfection plus grande dans la construction!
Or, ce cheval, pris pour unité de la mesure des locomotives et des
machines à vapeur en général, et qu'on appelle cheval-vapeur, n'est pas
l'équivalent du cheval ordinaire de nos voitures. Le cheval-vapeur
équivaut à 75 kilogrammètres (c'est-à-dire à la force nécessaire pour
élever, par seconde, un poids de 75 kilogrammes à 1 mètre de hauteur),
tandis que la force du cheval ordinaire est évaluée à 45 kilogrammètres
seulement. Et, comme ce dernier ne peut travailler que huit heures
environ sur vingt-quatre, il en résulte qu'il faudrait 5,5 chevaux
ordinaires pour faire l'équivalent d'un cheval-vapeur, ou mieux 11
chevaux ordinaires pour remplacer 2 chevaux-vapeur.
Cette définition étant donnée, nous serons compris en disant que les
locomotives aujourd'hui en usage développent un travail soutenu de 200 à
300 chevaux-vapeur, ou de 1,100 à 1,650 chevaux ordinaires.
Les Compagnies françaises avaient, au 31 décembre, 11,723 locomotives,
et les Compagnies anglaises 8,619.
On compte, en général, pour l'exploitation des chemins de fer, 0,34
locomotives par kilomètre (ou une machine environ pour 3 kilomètres), ce
qui donne, pour les 176,000 kilomètres exploités aujourd'hui, environ
59,800 locomotives, produisant un travail de 14,950,000 chevaux-vapeur,
ou de 82,225,000 chevaux ordinaires. On est effrayé de ces chiffres et
l'esprit se rend difficilement compte des quantités qu'ils
représentent. Cependant, si l'on suppose que tous ces chevaux soient
attelés en flèche et n'occupent chacun qu'une longueur de 2 mètres,
l'attelage aura comme longueur 191 fois la distance de Paris à
Marseille, ou sera la moitié environ de la distance moyenne de la terre
à la lune!
Nous ne pouvons mieux finir cette courte analyse du chemin de fer, qu'en
transcrivant ici les lignes par lesquelles deux des rapporteurs de la
classe 63 (matériel du chemin de fer), à l'Exposition universelle de
1867, MM. E. Flachat et de Goldschmidt, terminaient leur exposé
économique.
«Quelque découverte qui puisse être faite dans l'industrie et dans les
arts, il n'y en a pas qui vaille celle qui a abaissé de 4 à 1 le prix du
transport de toutes choses, en augmentant la vitesse dans le rapport de
1 à 5.
«Il y a dix années au plus que ce nouvel état de choses exerce son
influence sur l'industrie générale, et déjà l'Exposition universelle
nous montre une égalité menaçante pour les uns, consolante pour les
autres, providentielle pour tous, dans les moyens de production. C'est
comme une abondance qui monte et qui doit enrichir l'humanité sur tous
les points du globe. À voir l'ardeur qui nous entraîne et qui nous unit,
pour améliorer demain ce qui a été fait hier, qui douterait du mieux qui
va suivre et n'aurait confiance dans ce que l'avenir prépare?»
V.--SYSTÈMES DIVERS.
À côté des locomotives dont nous venons d'esquisser l'histoire et de
faire connaître les principaux types, se placent un certain nombre de
machines diverses: les unes fonctionnent encore au moyen de la vapeur,
les autres au moyen de l'air ou de l'eau comprimés, d'autres enfin au
moyen de l'électricité: nous allons en faire connaître les dispositions
principales.
A.--MULTIPLICATION DU NOMBRE DES CYLINDRES.--Système
Verpilleux.--Machines du Nord, Meyer, Dupleix, Flachat.
Nous parlerons d'abord de quelques locomotives remarquables par le
nombre de leurs organes propulseurs.
La difficulté qu'éprouvent les constructeurs à conjuguer le mouvement de
plusieurs paires de roues sur les lignes à courbes de petit rayon, les a
conduits à transmettre d'une manière indépendante aux roues de la
machine le mouvement de va-et-vient produit par l'action de la vapeur
dans les cylindres et, par suite, à multiplier le nombre de ces
derniers,--une paire de cylindres agissant, comme à l'ordinaire, sur les
roues d'avant de la machine, une seconde paire agissant sur les roues
d'arrière, sur celles du tender ou même sur celles des divers véhicules.
Tel est le système, en principe.
Il a été appliqué pour la première fois sur le chemin de Saint-Étienne,
par M. Verpilleux qui disposait deux cylindres sous le tender; puis, au
chemin de fer du Nord, où de superbes locomotives ont été construites
pour les services de petite et de grande vitesse.
[Illustration: Fig. 43.--Machine Petiet (Nord), à quatre cylindres.]
La machine à marchandises du Nord est montée sur douze roues, groupées
et accouplées par six. Chaque groupe est commandé par deux cylindres,
les uns placés en tête, les autres en queue de la machine. Une longue
chaudière, surmontée d'un dessiccateur, est couchée sur les six essieux.
Autour de ses flancs se trouvent l'eau et le charbon nécessaires à son
alimentation, et le tout pèse 59,7 tonnes et est capable de remorquer
des charges de 655 tonnes brutes, en rampe de 0m,005, avec une vitesse
moyenne de 25 kilomètres à l'heure, ou de 80 tonnes, en rampe de 0,05
par mètre. Ces grandes dimensions, cette grande puissance ont fait
donner parfois à cette machine le nom de _machine-chameau_.
Une machine de même système (4 cylindres), mais avec une paire de roues
de moins (5 au lieu de 6), a été construite pour le service des express
du Nord, qui sont très-chargés. Les deux paires de roues motrices
d'avant et d'arrière ont un diamètre de 1m,60, ce qui ne pourrait
suffire à un service de grande vitesse, si l'on n'avait pris soin
d'augmenter le nombre des coups de piston et par suite celui des tours
de roues par unité de temps.
La locomotive de M. Meyer ne diffère de la locomotive à marchandises du
Nord que par l'isolement des deux groupes de six roues, montés sur deux
trucks indépendants et non plus sur un même châssis. La chaudière repose
sur les deux trucks, comme la caisse des wagons américains sur les
trains qui la portent; des tuyaux articulés servent à la distribution de
la vapeur dans les quatre cylindres et à son échappement dans la
cheminée. Cette disposition donne à la machine la souplesse nécessaire à
son passage dans les courbes de petit rayon, sans lui ôter la rigidité
et la solidité qui sont la condition vitale de ces grands corps
métalliques.
La machine Queensland, du système Fairlie en usage aux colonies
anglaises, résout le même problème d'une manière différente.
M. Haswell a construit une machine, à grande vitesse, dite Dupleix, dans
laquelle les quatre cylindres, au lieu d'être isolés, comme dans les
machines précédentes, sont superposés deux par deux et agissent sur une
manivelle à deux bras, de manière à éviter l'emploi des contre-poids:
disposition compliquée et insuffisamment justifiée.
[Illustration: Fig. 44.--Machine Fairlie.]
Enfin, M. Eugène Flachat, qui a si puissamment, et pendant de si longues
années, contribué à la construction et au perfectionnement de nos voies
ferrées, a proposé non plus quatre paires de cylindres, mais autant de
cylindres que de trucks porteurs de véhicules. La chaudière destinée à
engendrer la vapeur nécessaire à tous ces cylindres est placée en avant
du train sur deux trucks, et des tuyaux articulés la répartissent dans
toute la longueur du train. Le poids et, par suite, les dimensions du
véhicule peuvent être augmentés. M. Flachat proposait l'emploi des
voitures du système américain à long couloir intérieur.
B.--SYSTÈMES DIVERS.--Locomotive de Jouffroy.--Système
Séguier.--Locomotive Fell, du Mont-Cenis.--Machines
rotatives.--Système Agudio, funiculaire et à rail
central.--Systèmes Larmanjat, Saint-Pierre et Goudal.
[Illustration: Fig. 45.--Machine Jouffroy.]
La locomotive de M. de Jouffroy diffère complétement des précédentes, et
c'est d'une tout autre manière que cet inventeur a cherché à résoudre
le même problème de la locomotion en pays de montagnes. Il place la
chaudière sur un châssis porté par deux grandes roues à jante plate, et
le mécanisme sur un autre châssis supporté en son milieu par une roue
unique en fer, garnie d'une jante en bois destinée à se mouvoir sur un
rail strié, qui occupe le milieu de la voie. Cette roue est la roue
motrice. Elle est comme la roue d'avant d'un tricycle, portant sur ses
deux roues de derrière la chaudière et ses accessoires. Les deux parties
dont se compose le châssis de ce tricycle sont réunies au moyen d'une
articulation verticale, qui augmente encore sa souplesse propre. On
voit que l'inventeur a cherché à obtenir une grande adhérence, en même
temps qu'une grande légèreté et une grande flexibilité de son matériel.
D'ailleurs, son système de grandes roues à jante plate, mobiles sur des
rails à rebords, n'est pas exclusif à sa machine. Ses voitures sont
aussi montées sur un seul essieu porté par deux grandes roues et réunies
les unes aux autres au moyen d'articulations à axe vertical qui
permettent un facile déplacement dans le plan de la voie. C'est là
assurément une conception ingénieuse, une solution du problème, mais
elle emprunte des moyens dont la pratique a révélé les défauts et n'a pu
consacrer l'usage. Aussi n'est-il pas appliqué.
[Illustration: Fig. 46.--Voiture Jouffroy.]
Nous retrouvons encore le rail central dans une autre invention, mais
non plus ce rail avec ses stries et ses dentelures, qui le font
ressembler à une crémaillère, mais un rail semblable à ceux de la voie
ordinaire, à la hauteur près à laquelle il se trouve placé au-dessus du
ballast. Il ne sert plus au passage d'une roue verticale comme celle de
M. de Jouffroy, mais au passage de deux couples de roues horizontales
qui le pressent entre elles, comme feraient les extrémités de tenailles
dont les mâchoires tranchantes, devenues circulaires, seraient animées
d'un mouvement de rotation. Tel est le système de M. le baron Séguier,
que différents inventeurs, MM. Duméry, Giraud et Fedit, et enfin M.
Fell, ont cherché à rendre pratique.
Nous ne nous arrêterons pas à la description des machines proposées par
les premiers, mais nous dirons quelques mots de celle de M. Fell, en
raison de l'avenir que des essais heureux paraissent lui réserver.
«On se fera une idée sommaire, mais exacte de cette machine, dit M.
Couche dans son rapport sur les locomotives exposées en 1867, en
concevant une locomotive à huit roues couplées dont quatre verticales et
porteuses et quatre horizontales commandées par les mêmes pistons, au
moyen de bielles motrices distinctes et pinçant entre elles un rail
central. On a donc, d'une part, l'adhérence ordinaire due au poids
entier de l'appareil; et, de l'autre, l'adhérence facultative, en
quelque sorte illimitée, due à la pression exercée par des ressorts, et
que le mécanicien règle à volonté.»
La machine de M. Fell a fait le service de la ligne de 80 kilomètres
établie sur la route du Mont-Cenis, en attendant le percement du
souterrain. Elle mettait cinq heures à opérer ce trajet, franchissant
des rampes de 0m,08 par mètre, et passant dans des courbes de 40 mètres
de rayon, avec un train de trois wagons attelés à sa suite. Rien de plus
pittoresque que ce voyage tantôt à ciel ouvert, tantôt sous les longs
souterrains en charpente destines à garantir la voie des avalanches.
[Illustration: Fig. 47.--Système Larmanjat.]
Deux systèmes ont été proposés pour l'établissement des chemins de fer à
bon marché, au moyen d'un seul rail: l'un est le système Larmanjat,
l'autre le système _uno-rail_ de MM. Saint-Pierre et Goudal. Tous deux
s'établissent sur les accotements des routes, le premier en terrain
plat, le second en pays de montagnes plus spécialement.
Les véhicules de M. Larmanjat sont à quatre roues, deux sur l'axe: l'une
à l'avant, l'autre à l'arrière et portant sur le rail; deux latérales:
une à droite, une à gauche, reposant sur le sol et fonctionnant comme
roues d'équilibre. Les premières portent la plus grande partie de la
charge et, placées sur le rail, elles réduisent le frottement et par
suite l'effort de traction.
On voit que la chaussée parcourue par les trains de M. Larmanjat doit
être parfaitement de niveau pour que les voyageurs ne soient pas soumis
à des oscillations qui ne manqueraient pas de devenir fatigantes et
désagréables. Un essai de ce système a été fait entre le Raincy et
Montfermeil, sur une longueur de 5 kilomètres, et a paru donner d'assez
bons résultats.
D'après M. Larmanjat, le kilomètre de rail placé sur le côté de la route
macadamisée reviendrait à 7,000 francs; placé sur l'un des bas côtés,
avec macadam à droite et à gauche, à 10,000, et enfin avec longrines en
bois, à 14,000 francs.
Le matériel roulant est aussi à très-bas prix: les machines coûtent de
10,000 à 20,000 francs et les wagons de 2,500 à 3,500 francs. Ces prix
peuvent donc rendre possibles un grand nombre de petites lignes à trafic
restreint.
[Illustration: Fig. 48.--Machine Saint-Pierre et Goudal (élévation).]
Les voitures et la locomotive de MM. Saint-Pierre et Goudal sont portées
sur quatre roues à large jante qui se meuvent sur des bandes en asphalte
comprimé; ces roues n'ont rien de particulier. En dessous des véhicules
se trouvent deux paires de roues presque horizontales, étreignant entre
elles le rail central, comme dans le système Fell. Ces roues ont même
diamètre que les premières; leur pression sur le rail peut être
graduée. Les huit roues reçoivent leur mouvement de deux cylindres
placés à l'avant.
[Illustration: Fig. 49.--Machine Saint-Pierre et Goudal (coupe
transversale).]
D'après les inventeurs, cette locomotive-tender, du poids de 10 tonnes,
d'une force normale de 50 chevaux, peut traîner un poids utile de 20 à
22 tonnes, en rampe de 0m,05 par mètre, à une vitesse de 6 à 8
kilomètres.
Il ne nous est pas possible de nous prononcer sur la valeur de ce
système. Nous n'avons pas ouï dire qu'il ait encore reçu d'application.
Quelle sera la durée des bandes asphaltées? Quelle sera la durée des
machines elles-mêmes, dont le mécanisme est compliqué? Comment
résisteront-elles aux secousses produites par les imperfections de la
voie, si difficile à réparer. Il est impossible de répondre à toutes ces
questions.
Les inventeurs et les ingénieurs ne se sont pas seulement préoccupés des
améliorations à apporter au mécanisme locomoteur, ils ont cherché aussi
à simplifier le mode d'action de la vapeur. C'est ainsi qu'on a essayé
d'appliquer des machines rotatives à la mise en mouvement des roues des
locomotives. Ces tentatives n'ont pas réussi jusqu'à présent, et on a
renoncé à cette application, malgré la simplicité et l'attrait qu'elle
présentait. Peut-être faut-il attendre que les machines rotatives se
soient perfectionnées; la science, de ce côté, n'a pas dit son dernier
mot.
Nous avons parlé déjà des plans inclinés et des machines fixes placées à
leur sommet qui opèrent à l'aide d'un câble le remorquage des wagons sur
ces plans. De grands inconvénients existent dans l'emploi de ce
système. C'est par des modifications profondes que M. Agudio les a
surmontés.
Chacun connaît le touage en usage sur les rivières et les canaux: une
chaîne couchée dans le fond de la rivière sert d'amarre à un bateau sur
le pont duquel de gros tambours sont disposés. Une machine à vapeur fait
tourner ces tambours, sur lesquels la chaîne s'enroule deux ou trois
fois, pour retomber ensuite dans l'eau à l'arrière du bateau. Cette
chaîne, comme on le voit, présente une grande analogie avec le rail
central Séguier. M. Agudio a remplacé la chaîne de touage par un câble
métallique fixé à ses deux extrémités; ce câble s'enroule deux fois sur
les gorges de deux tambours disposés sur le train du _locomoteur_. La
machine à vapeur du bateau-toueur est remplacée par deux machines fixes,
l'une en haut, l'autre en bas du plan incliné. Chacune de ces machines
tire un des brins du second câble, dont les extrémités ont été réunies
après avoir été passées sur deux nouveaux tambours du locomoteur. On
comprend le jeu de l'appareil: le câble sans fin transmet, par ses deux
brins, aux tambours qui le portent, le mouvement qu'il a reçu des
machines. Ces tambours le transmettent à leur tour au tambour qui porte
le câble toueur, immobile sur le sol et le long duquel il s'avance,
entraînant à sa suite le train tout entier.
Le locomoteur est porté sur deux trucks munis de freins puissants.
Ce système, tel que nous venons de le décrire, présente déjà de sérieux
avantages: flexibilité et légèreté de la machine, simplicité des organes
de transmission, sécurité à la montée comme à la descente. Mais M.
Agudio l'a encore perfectionné en remplaçant son câble toueur fixe par
le rail central du système Séguier ou Fell. Les poulies du locomoteur,
dans le nouvel appareil, sont disposées horizontalement et étreignent
fortement le rail. Enfin, le poids du locomoteur, qui est de 12 tonnes
et qui se répartit sur les roues porteuses, donne lieu à une certaine
adhérence dont il a aussi tiré parti.
On étudie, en ce moment, l'application du système Agudio-Fell à la
traversée du Simplon. Sur le versant nord, où se trouvent des rampes de
0m,10 par mètre, on se propose d'employer le locomoteur Agudio, et sur
le versant sud, beaucoup moins abrupt, la locomotive Fell.
C.--L'EAU ET L'AIR COMPRIMÉ. L'ÉLECTRICITÉ.--Locomotives Andraud,
Pecqueur.--Chemins éoliques Andraud.--L'air comprimé et raréfié:
le chemin de Sydenham. Tunnel sous la Manche.--L'air
chaud.--L'eau comprimée: système Girard.--Machines
électro-magnétiques.
Jusqu'à présent, la vapeur d'eau a été le seul agent employé dans les
machines fixes ou locomotives dont nous avons parlé, mais elle n'a pas
été le seul agent essayé.
Nous vivons dans une atmosphère gazeuse, compressible, élastique, que
nous pouvons utiliser comme moyen de propulsion. Nous pouvons profiter
des chutes ou des cours d'eau improductifs pour comprimer l'air, faire
provision de la masse, ainsi réduite à un faible volume, et la faire
agir dans les cylindres de la locomotive, au lieu de la vapeur d'eau.
C'est le système proposé par M. Andraud.
Deux chiffres font saisir immédiatement les difficultés qui s'opposent à
l'emploi de l'air comprimé dans les locomotives: 1 mètre cube d'air et 1
mètre cube de vapeur, à même pression, produisent le même effet dans le
cylindre de la machine, mais cette vapeur, à l'état d'eau, n'occupe dans
le tender qu'un volume de 3 litres 50, qui est les 0,0035 de celui
qu'occuperait l'air;--d'où jaillit l'impossibilité.
M. Andraud propose de comprimer l'air à 30 atmosphères, mais il faut
alors un réservoir très-résistant et, par conséquent, très-lourd:
nouvelle impossibilité.
L'addition d'un foyer et l'emploi de l'air chaud ne conduisent pas à de
meilleurs résultats. On a constaté sur les machines fixes qu'on ne peut
guère dépasser la force de quatre chevaux sans augmenter démesurément la
masse.
M. Pecqueur, reprenant les idées de M. Andraud, a eu l'idée de disposer,
le long de la voie, un long tube servant de réservoir où la machine en
marche puiserait l'air comprimé. Mais il suffit d'énoncer un semblable
projet pour faire entrevoir toutes les difficultés attachées à sa
réalisation. M. Pecqueur, indépendamment de cette locomotive à air
comprimé, a inventé aussi un piston locomoteur comme celui que nous
avons décrit en parlant du système atmosphérique, mais qu'il fait
mouvoir au moyen de l'air comprimé, au lieu de l'air raréfié.
M. Andraud, à qui revient l'idée de la locomotive à air comprimé, a
proposé des _chemins éoliques_, dont le succès nous paraît encore plus
problématique. Voici la disposition qu'il propose: Entre les deux files
de rails se trouve un madrier et, de chaque côté de ce madrier, un tube
en étoffe flexible et imperméable à l'air, une sorte de gros boyau. Ces
deux boyaux sont accompagnés d'un gros tube latéral résistant, qui sert
de réservoir d'air comprimé.
Que l'on suppose vides, un moment, les deux tubes placés au milieu de la
voie, et qu'après les avoir saisis à l'aide de deux rouleaux opposés,
faisant mâchoires, on introduise l'air, celui-ci gonflera les tubes
flexibles, pressera les rouleaux et les fera avancer. On n'a plus qu'à
disposer sur les tubes autant de paires de rouleaux ou de mâchoires
qu'on voudra, au-dessus de ces rouleaux des wagons reliés, et le système
progressera. Théoriquement, il n'y a rien à dire; mais pratiquement,
c'est autre chose. Que coûtera l'ensemble? Et, sans même aborder la
question de prix, que dureront ces tubes? Voyez-vous les fuites se
produire et les cantonniers, transformés en couturières, chargés de
mettre des pièces. Tout cela nous paraît inabordable.
Aussi préférons-nous l'obscurité du tunnel de Sydenham à l'insécurité de
semblables systèmes.
Nous résumons un article du _Railway News_, du 3 septembre 1864, qui
rend compte de l'expérience, nouvelle application de l'idée de Vallance,
faite entre Londres et Sydenham.
La voie est établie dans un tunnel circulaire en briques de 3m,20 de
diamètre, capable de recevoir les grandes voitures du Great-Western. Le
véhicule ressemble à un long omnibus et porte un disque au milieu duquel
il se trouve placé, comme le serait l'acrobate retenu au centre du
cerceau garni de papier qu'il traverse dans les jeux du cirque. Ce
disque forme la section du tunnel et fonctionne comme piston. La force
qui le fait mouvoir est produite par un grand ventilateur ou _éjecteur_,
à surface concave, de 6m,70 de diamètre, mis en mouvement par une petite
machine à vapeur.