La prise d’eau en marche : passe ton bac d’abord !

Sans la prise d’eau en marche dans de longs bacs placés sur les voies, jamais les locomotives à vapeur britanniques, et surtout dans une Angleterre qui vit naître le chemin de fer moderne, n’auraient connu une telle époque de gloire et de performances jusque pendant les dernières années 1950. Il faut dire que cette pratique est surprenante, car, du temps des diligences et aujourd’hui des automobiles, on s’arrête pour se ravitailler aussi bien en nourriture pour les chevaux qu’en carburant pour le moteur. Même les bateaux et avions n’ont pas échappé à cette règle logique, quoique le ravitaillement en plein vol se soit imposé pour les avions militaires : or, justement, les locomotives anglaises ont couramment pratiqué la même technique du ravitaillement en pleine vitesse.

C’est l’Anglais John Ramsbottom (1814-1897) qui est à l’origine de cette curieuse pratique des bacs qu’il met au point dès 1862. Il est ingénieur, entre 1842 et 1857, sur le Manchester & Birmingham Railway, puis sur le fameux London & North Western jusqu’en 1871.  Il a le bonheur de vivre le chemin de fer à une époque où celui-ci se met en place et est très demandeur d’innovations. Rambottom n’en manque pas, et, outre une foule de petites inventions, il apportera deux inventions majeures au chemin de fer de son pays : une soupape de sûreté et le bac de prise d’eau en marche.

La prise d’eau en marche se compose d’une installation fixe et d’une mobile. La fixe est un bac, ou, plutôt, une longue et étroite auge formée d’éléments en fonte (ou en tôle sur le Great Western à partir de 1895) disposés longitudinalement dans l’axe de la voie. Ces éléments, mis bout à bout, constituent un bac long de 600 à 800 m, large de 0,457 m et profond d’environ 0,15 m, soit une contenance correspondant théoriquement à environ de 30 à 50 mètres cubes. Le niveau d’eau dans le bac est à 12 cm du fond, et à 3,8 cm au-dessus du niveau des rails. Les extrémités des bacs sont en pente de 1/360 (mesurée à l’anglaise, pardon) et sur 55 m pour maintenir l’eau dans le bac. Le niveau d’eau est maintenu automatiquement par des flotteurs (selon le principe des chasses à eau des WC) actionnant des pompes alimentées par un château d’eau. Bien entendu, la voie ne doit comporter ni courbes, ni déclivité, ni appareils de voie.

La partie mobile est une écope placée sous les tenders des locomotives. Cette écope est en forme de pelle à bords hauts, et agit comme une cuiller qui se remplit si on la promène rapidement à la surface d’un liquide. Cette écope, placée sous le châssis du tender et tournée vers l’avant, peut être abaissée à volonté pour venir plonger dans l’eau du bac. Le mouvement de la locomotive, alors roulant à pleine vitesse, force l’eau à monter dans l’écope et à se déverser dans les soutes à eau du tender. A l’Exposition universelle de 1900, une locomotive anglaise type 220 du Great Eastern Railway est présentée avec un tender ayant une écope à abaissement et relevage par air comprimé : c’est dire à quel point on se soucie de perfectionner ce système.

Une acrobatie parfaite et sans filet si l’on ne rate pas son coup.

Le problème posé par le système Ramsbottom est, pour les équipes de conduite, de bien « prévoir son coup ». Il faut baisser l’écope à temps, ni trop tôt avant le bac pour éviter de ramasser le ballast et de casser l’extrémité du bac… ni trop tard, au milieu du bac, car on ramasse moins d’eau. Mais il faut aussi la relever à temps, juste avant que l’autre extrémité du bac ne se présente, et pas après, car on risque de casser l’écope et l’extrémité du bac aussi. IL fallait aussi savoir en prendre ni trop ni trop peu, le plus grand risque était lié au remplissage très rapide du tender qui débordait avant que le chauffeur ne s’en aperçoive ! Aussi les chauffeurs, à qui les mécaniciens laissent volontiers ce rôle, sont des experts en maniement du levier de commande de l’écope que l’on sait abaisser et relever, au dixième de seconde près.

Sur le plan historique, deux arguments apparents justifient cette pratique. Si la distribution de l’eau est, en principe, réalisée grâce à une grue hydraulique, cela implique que le train soit à l’arrêt, d’où une perte de temps. Pour les trains rapides effectuant de longs parcours sans arrêt, il est intéressant de pouvoir remplir les tenders en pleine marche : c’est l’argument que l’on trouve chez la majorité des auteurs spécialisés de l’époque.

À une époque très libérale où les compagnies anglaises sont condamnées à se livrer une concurrence sans merci, chaque minute gagnée compte. Sur la route d’Écosse, la fameuse lutte entre le « Flying Scotsman » du London & North-Eastern Railway par la cote est et le « Coronation Scot » du London, Midland and Scottish Railway par l’ouest prend une dimension nationale et spectaculaire à un point tel que les horaires d’arrivée sont publiés dans la presse sur la demande des parieurs ! Le ramassage d’eau en marche s’impose, autant pour le Flying Scotsman du LNER dont la Pacific A1 compte deux tenders pour un parcours sans arrêt de plus de 600 Km, que pour le Coronation Scot du LMS, remorqué par les fameuses « Pacific » Princess ou Duchess, qui accomplit le parcours de 650 km entre Londres et l’Écosse grâce à cette technique.

La naissance de la science des eaux.

La locomotive à vapeur, dans le monde entier, est confrontée à un grave problème : la qualité des eaux. L’eau de la nature contient des substances salines qu’elle dissout en les empruntant aux terrains qu’elle a traversés : carbonate de chaux (qui se dissout dans l’acide carbonique que l’eau contient toujours), sulfate de chaux, chlorure de sodium, sels de potasse et de soude, etc. Tout ceci se dépose par incrustations dans le métal des chaudières et empêche la vaporisation de l’eau. Une eau qui donne à l’évaporation plus de 250 à 300 grammes de résidus solides est gravement destructrice pour les locomotives. Ajoutons que les matières argileuses, si elles ne font pas de dégâts de ce genre, encrassent les pompes à eau et les circuits. Après un simple parcours de 3000 km seulement, on trouvera déjà 150 kg de matières diverses dans le circuit d’eau d’une locomotive.

Développant une réelle « science des eaux » et avant celle du Traitement Intégral Armand (TIA) français, les chimistes anglais de l’époque ont imaginé des tests utilisant une dissolution de savon dans l’alcool, et versée dans l’eau à tester. Mais les chimistes n’ont pas encore trouvé, à l’époque, un traitement pour les eaux.

S’appropriant cette science des eaux naissante, et la développant, les ingénieurs des chemins de fer anglais testent l’ensemble des eaux des sources avoisinant les lignes. Et là où se trouve la bonne eau, on établit un point d’alimentation, et ce point d’alimentation utilisera, au Royaume Uni principalement, la technique Ramsbottom de la prise d’eau en marche pour améliorer le plus possible l’eau du tender sans multiplier les arrêts. Les mécaniciens et les chauffeurs deviennent ainsi les praticiens de cette « science des eaux ».

Au départ de Kings Cross : le tender presque vide !

C’est ainsi qu’à Londres, sur le fameux réseau du London & North Western Railway, les mécaniciens évitaient de prendre de l’eau au départ dans le dépôt londonien, vu sa très mauvaise qualité, et quittaient la gare de Kings Cross avec un tender presque vide. Mais il fallait lancer le train à fond pour atteindre rapidement une grande vitesse et, à une quinzaine de kilomètres de Londres, à plus de 100 Km/h, ils faisaient le plein d’une excellente eau très pure dans un bac alimenté par une source voisine dont la réputation n’était plus à faire. Le ramassage de plusieurs dizaines de tonnes d’eau en marche ralentissait considérablement la marche du train, on s’en doute : d’où la vitesse maximale atteinte avant le bac de prise d’eau. Mais l’opération était rentable en ce qui concernait l’état de la chaudière de la locomotive.

Mais, en fait, le problème reste entier, comme la lecture des revues spécialisées des années 1920 et 1930 le prouve. Le TIA ou « Traitement Intégral Armand » de Louis Armand sera une solution tardive, hélas trop tardive pour la locomotive à vapeur, puisqu’elle n’arrive qu’au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, à une époque où la page de la traction vapeur est définitivement tournée, mais elle sera appliquée à une grande échelle en France.

La prise d’eau en marche en France : l’État « rigole » (déjà).

Le très connu auteur et ingénieur français Maurice Demoulin, à la page 178 de son traité « Locomotive et matériel roulant », paru chez Dunod, Paris, 1896 , n’aborde que très peu cette question, mais la traite brièvement car elle est pratiquée sur le réseau de l’Etat. Ce réseau est crée en 1878 par la nationalisation des réseaux de Vendée et il devient un grand réseau national en 1909 quand il rachète l’important réseau de l’Ouest couvrant la Normandie et la Bretagne. Le rachat de ce réseau le met à l’écoute des pratiques anglaises et l’Etat installe des « bacs » sur quelques lignes, annoncés par un très rare tableau indicateur « BAC » dont nous avons la chance d’avoir une photographie prise, elle aussi, en marche… et illustrant cet article.

Dumoulin ne considère que l’argument du gain de temps pour la prise d’eau en marche. La « science des eaux » semble avoir été moins étudiée à l’époque, sans doute parce que moins problématique en France , ou… moins prise en compte !

Elle semble cependant être prise en compte par le réseau du Nord dit pense résolu le problème, si on lit la Revue Générale des Chemins de fer de mars 1891, pages 142 à 154, en ayant recours à d’immenses installations d’épuration et de traitement des eaux : à partir de 1872, de grands réservoirs en maçonnerie sont installés dans les gares et les dépôts, contenant, pour ces derniers, plusieurs fois la consommation journalière du parc de locomotives. Cette pratique tendra à réduire, sinon à annuler, la prise d’eau en cours de route. Mais le problème reste entier, comme la lecture des revues spécialisées des années 1920 et 1930 le prouve. Le TIA de Louis Armand sera une solution tardive, hélas trop tardive pour la locomotive à vapeur, puisqu’elle n’arrive qu’au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, à une époque où la page de la traction vapeur est définitivement tournée par une SNCF résolument tournée vers la traction électrique sur les lignes principales et diesel sur les lignes moins importantes.

L’argument de la multiplication des points d’eau.

Si le premier argument du gain de temps peut s’admettre au Royaume-Uni comme en France, et à la rigueur pour un pays et une époque où l’on compte les minutes, on ne peut comprendre pourquoi des réseaux, secondaires au Royaume-Uni, ou peu rapides en France comme l’Ouest et l’Etat, ou sur certaines lignes américaines, qui avait manifestement tout leur temps, ont aussi adopté ce principe.

Le tender 22 m3 du réseau Etat en France, qui est très répandu et dont un exemplaire avec écope est exposé à la Cité du Train de Mulhouse, semble plaider pour une prise en marche due à la contenance insuffisante des tenders. C’est possible, mais ce serait étonnant. En effet, les ingénieurs connaissaient parfaitement la consommation des locomotives, leur besoin en eau et en combustible. En établissant les lignes, ils avaient des prévisions de trafic, donc de tonnage des trains, donc d’effort de traction, donc de consommation. Avec sagesse, ils établissaient des points de ravitaillement en eau, et, avec leur sens de la responsabilité et leur désir de ne pas avoir d’ennuis ultérieurs, ils se donnaient des marges de sécurité. La connaissance géologique des terrains, des sources, des nappes phréatiques était suffisante pour permettre d’établir le nombre nécessaire de points d’eau. Les points d’eau étaient en nombre et débit plus que suffisant en regard des besoins, les tenders avaient des contenances qui n’ont jamais, à notre connaissance, crée de soucis aux équipes de conduite une fois en ligne. Les contenances en eau dépassaient toujours, en volume, le parcours séparant plusieurs points d’eau (distance maximale en France : 15 Km), et les équipes ne manquaient jamais de maintenir le niveau d’eau à son maximum, tout en économisant le charbon.

Aux États-Unis, on avait à la fois une moindre connaissance géologique et hydrologique des terrains dans ce pays encore neuf à l’époque de la construction des chemins de fer, et il faut donc bien prendre l’eau là où elle manifeste sa présence. En face de l’ingénieur européen qui peut ouvrir, par forage jusque dans la nappe phréatique connue des géologues, des points d’eau presque à volonté, l’ingénieur américain doit se contenter des cours d’eau qui veulent bien se présenter sur le tracé de la ligne, tracé fait à l’économie, donc le plus possible en suivant les courbes de niveau des terrains pour éviter les ouvrages d’art. La tendance est donc de multiplier, par précaution, les points de stockage d’eau, et la figure familière du château d’eau perdu en pleine nature (immortalisée par le cinéma « western » avec le fameux « Le train sifflera trois fois ») est emblématique du chemin de fer américain, avec sa voie de garage recevant des wagons-citernes. L’irrégularité de l’établissement de ces points le long de la ligne fait que l’on a besoin ou non de s’y arrêter selon des critères très variables, et la tentation d’installer des prises d’eau en marche pour répondre à des demandes aléatoires sans faire perdre du temps est grande. La solution définitive sera l’agrandissement démesuré des tenders (jusqu’à  19.600 gallons, soit 90 tonnes d’eau dans celui de la « Big Boy », la « Challenger », et d’autres locomotives de l’Union Pacific !), quand ce n’est pas la circulation avec des wagons-citernes d’appoint placés en tête du train, derrière le tender de la locomotive.