Le système roue-rail : une longue et ancienne émergence.

Premiers rails en bois dans une mine vers 1700.

Cela ne s’est pas fait en un seul instant, mais au terme d’une évolution sur des siècles. Si le chemin de fer moderne, sur voie ferrée et avec des locomotives remorquant des trains, apparaît tardivement durant les premières années du XIXe siècle, notamment avec la locomotive de Trevithick et sa voie en 1804, ce qui s’est passé pendant les décennies précédentes est important.

C’est le mot même de « voie ferrée » qui peut nous mettre, si l’on peut dire, sur la bonne voie. C’est une traduction tardive du « railway » anglais, lui même un mot utilisé tel quel en anglais par les anciens auteurs français de traités de chemins de fer du milieu du XIXe siècle, comme celui de Perdonnet. La voie ferrée serait, est-on conduit à le penser, une route (simple, ordinaire) recouverte de bandes de fer plus ou moins étroites imposant leur écartement, ou aussi de plaques de fer formant une chaussée accessible à tous les véhicules et tous les écartements, afin que les chariots, eux-mêmes déjà équipés de roues cerclées de fer, roulent en douceur et surtout en demandant une force de traction divisée par 10, un cheval parvenant à tirer une dizaine de tonnes sur une route à chaussée ferrée, alors que sur une route empierrée classique, le chariot chargé à une demie tonne ou une tonne est une limite. Bien entendu, le cheval ne marche pas sur les bandes ou sur les plaques de fer, il glisserait, surtout avec les fers posés sous ses sabots : il marche sur la bande de terrain restée libre entre les deux bandes.

Une ancienne voie ferrée, avec rails plats à rebord (rebord = flange en anglais) encore en service dans les années 1920, d’après « The Locomotive Magazine » de l’époque.

La voie ferrée, ou route recouverte de plaques de fer.

Sans aucun doute cette solution a existé pour obtenir une chaussée à surface lisse offrant un roulement doux. IL n’y a pas de rails, pas d’écartement imposé: tous les véhicules, quelque soit leur écartement, quel de soit ne nombre d’essieux, peuvent rouler librement sur ces routes dont certaines étaient accessibles moyennant un péage, ce qui s’est produit au Royaume-Uni. Le problème posé était, vu le succès, la saturation des chaussées et les croisements. Une telle route, selon l’historien de l’économie Jacques Marseille dans son ouvrage « La première ligne de Stockton-Darlington » (Albin Michel Jeunesse, 1986) aurait existé entre Stockton et Newcastle et était ouverte à toutes les voitures particulières ou publiques, et comportait des croisements tous les 400 m. Des rebords en saillie devaient exister le long du bord extérieur des plaques métalliques pour empêcher les véhicules de se déporter en dehors de la chaussée métallique. Une telle route aurait aussi existé pour le franchissement du col du Mont-Cenis avant l’installation d’un véritable chemin de fer en 1871, et beaucoup de ces plaques de fer ont été récupérées et se sont retrouvées comme tuiles sur les toitures des maisons de Modane.

Les voies classiques égyptiennes et romaines sont, quand elles ont des ornières, offrent bien le guidage des voies au sens actuel du terme. Mais il manque encore la roue ferroviaire, il manque le train. Il s’agit bien d’un perfectionnement des routes, et non une création d’un nouveau type de véhicule, circulant notamment en convois : le chariot romain est un chariot classique, à roues en bois offrant une surface de roulement plate, et il est capable de rouler sur toutes sortes de routes, à ornières ou non. La voie romaine pavée offre un avantage technique qu’est la faible résistance au roulement, et la présence éventuelle d’ornières offre une prise en charge temporaire sous la forme d’un guidage, notamment lors de la circulation le long d’un ravin. C’est déjà beaucoup, et c’est déjà une évolution vers le chemin de fer.

L’opinion d’Olivier Cazier à ce sujet.

Olivier Cazier, consultant et qui a dirigé le département de l’innovation technologique et du process SNCF, nous fait l’honneur de suivre ce site-web et nous écrit ces lignes :  » Je n’en ai pas trouvé [de tramroads] avec des bandes de roulement en fer, mais j’ai trouvé quelques sources anciennes parlant de tramroads en pierre, notamment une illustration d’un système dans les docks de Londres, dans un numéro du Mechanic’s Magazine de 1830. Il y a aussi des sources qui parlent de systèmes de ce genre en Italie du Nord, et même au Japon, mais toujours dans la fourchette 1780/1820., voire plus tard, par exemple dans le  » Traité pratique de construction des tramways à chevaux, » Comte d’Adhemar, Paris, 1860. Voici ce que Olivier Cazier cite de cet ouvrage:

« Dans quelques villes d’Italie, à Milan ou à Turin, par exemple, on a adopté pour les rues un système de pavage ou la surface de roulement pour les rues de voitures est différente du reste de la voie. Cette surface de roulement, qui est noyée ailleurs dans le niveau général de la chaussée, est formée de deux bandes de granit parallèles et constitue un véritable tramway. Le milieu de la voie entre les deux rails ainsi que les accotements de la rue sont pavés en petits cailloux roulés ou galets, fournis par les cours d’eau de la contrée. Souvent, quand la largeur de la rue le permet, il y a à la fois deux voies de rails de granit, pour faciliter la circulation des voitures de sens contraire. Ce genre de pavage, supposé les bandes de roulement exécutées en pierres de bonne qualité, en granit parfaitement résistant, ne pourrait-il pas remplacer avantageusement, en plus d’une occasion, les tramways en fer ? Une fois sorti des villes, on pourrait substituer le macadame (sic) ordinaire au pavé de galets pointus, qui constitue le milieu de la chaussée. Le pavé échauffe le pied du cheval et rend cette pauvre bête incapable d’un long voyage. Aussi est-il facile d’observer dans les lieux ou le rail de granit existe, que les chevaux, si on les laisse faire, abandonnent volontiers la chaussée au pavé inégal, pour suivre de préférence la dalle de granit et rejeter les roues hors de la surface de roulement sur la surface de traction. Il n’en serait pas ainsi, si, à côté de la dalle de granit, il y avait le « macadame » au lieu du pavé. Mais une route construite d’après ce principe demanderait un soin particulier de surveillance et d’entretien, pour maintenir en bon état les lignes longitudinales qui constitueraient la solution de continuité entre le « macadame » et le granit. Il serait à craindre en effet qu’il ne se formât tout le long de ces lignes, des ornières profondes, ou les rues de la voiture risqueraient de s’engager au moins par un coté, dans les déviations accidentelles ou volontaires, auxquelles toute voiture est exposée dans le cours d’un voyage »

Olivier Cazier conclut que, s’il y a eu des « tramroads » publics avec bandes de fer, il ne pense pas qu’elles aient été très répandues, ne serait ce que pour des raisons économiques: le fer était très couteux avant 1800.

Voie romaine, non dallée, et creusée, à flanc de montagne, pour éviter un dérapage et une chute dans un ravin bordant la route.
Evolution probable des systèmes depuis la voire ferrée à plaques jusqu’à la voie ferrée à rails.
Sur ces trois illustrations du chemin de fer des mines de Nanttle, au Pays de Galles (1840), on voit que l’heritage des voies à plaques ferrées conduit à continuer de se dispenser de la contrainte de l’écartement avec des roues folles, pouvant coulisser librement sur le corps d’essieu pour prendre n’importe quel écartement (liberté limitée quand même). Noter les pittoresques appareils de voie à coupons de rails pivotants !

La voie ferrée à rails et guidage précis, nécessité minière.

Mais le chemin de fer comme nous le connaissons demande bien plus. Il demande la création de véhicules spécifiques, capables de circuler en convois et sur des rails. C’est ce qui est mis au point dans les mines médiévales où l’étroitesse des galeries et l’obscurité obligent à un guidage précis et permanent, faute de quoi, les chariots de mine se heurtent à chaque instant contre les parois des galeries et, pis encore, contre les étais au risque de créer des éboulements. Le guidage permanent des chariots est nécessaire, et en les adaptant ainsi, on en fera des wagonnets.

Le fait de poser au sol des planches ou des poutres équarries est à la fois évident, et ancien. Il n’est pas exclu que les mines de l’Antiquité aient ainsi bénéficié de ce système. Relier les planches par des traverses pour en maintenir l’écartement et mieux stabiliser au sol la voie est tout aussi évident, et ne fait que reprendre les techniques des premiers ponts en bois formés de deux troncs d’arbres posés par dessus une rivière et reliés par des planches ou des petites branches – à ceci près que, dans la mine, les traverses sont en dessous alors que sur le pont elles forment la chaussée.

Mais le progrès est l’engagement de chariots disposés pour circuler sur ces voies en bois, et munis d’ergots venant frotter sur le coté des poutres au cas où le chariot aurait tendance à dévier. La présence de ces ergots est attestée par des gravures d’époque montrant le travail dans les mines et l’utilisation de wagonnets primitifs.

Le « rail », ou « relle », et peut-être issu du mot « règle ».

Les Anglais utilisent le mot « rail » pour désigner ces poutres sur lesquelles roulent les chariots des mines. Ce mot anglais a son équivalent français, « relle », et il est possible que tous deux viennent du mot français « règle ».

Toujours est-il que l’usure des roues par frottement sur la surface supérieure du rail crée une gorge sur la table de roulement de la roue, ce qui vient spontanément donner naissance à la roue ferroviaire avec son boudin de guidage : ici, la gorge centrale en crée deux, ce qui garantit un meilleur guidage et augmente la tolérance des irrégularités dans la pose de la voie. On a pu voir, au Royaume-Uni, des chariots de mine très anciens, à roues en fonte moulée, dotées de deux boudins de guidage formant gorge, et, sans nul doute, inspirées des anciennes roues en bois des siècles passés.

C’est ainsi que le chemin de fer est né il y a plusieurs siècles, au Moyen Age et à la Renaissance, et au fond des mines avec des rails en bois, des appareils de voie, des plaques tournantes, et tout un système permettant la circulation de wagonnets individuellement ou en convois, poussés par des hommes, ou tractés par des chevaux. De nombreux ouvrages encyclopédiques ou techniques décrivent ces chemins de fer miniers, comme la « Cosmographie Universelle » de Sébastien Munier parue à Bâle en 1550, décrivant le réseau des mines de Leberthal, ou le « De re metallica » d’Agricola paru en 1556 et décrivant un système de wagonnets guidés sur des rails en bois par un système d’ergots.

Wagonnet de mine à roues plates et guidées par des ergots fixes verticaux. Illustration de l’ouvrage « De re metallica » de 1556. Science Museum de Londres.
Dessin anonyme représentant un wagonnet de mine allemand ou d’Europe du sud datant du début du XVIe siècle. Los gorges et rebords des roues ont peut-être été créées par l’usure de la roue sur les rails en bois, rendant inutiles les ergots. Cette usure aura été accélérée par la pose de bandes de fer sur les rails. Les premiers appareils de voie sont à « aiguilles » fixes, taillées en biseau: on oriente à la main le wagonnet sur les aiguilles.

Le réseau ferré anglais des XVIIe et XVIIIe siècles.

Le Royaume-Uni, avec son intense activité qui prépare, dès le XVIIIe siècle, la Révolution industrielle du XIXe, est un pays qui a besoin de moyens de transport de masse, notamment pour le charbon dont il tire sa richesse et son énergie.  Pays de ports nombreux, il a besoin de liaisons entre ces ports et leur arrière pays. C’est pourquoi des ingénieurs des mines ou des ports cherchent à établir ces « canaux secs » que sont les premières lignes de chemin de fer là où des canaux classiques ne peuvent être construits pour des raisons de topographie. Ces lignes sont innombrables, et sont plutôt de modestes tramways, reliant un port à une ville située à quelques kilomètres à l’intérieur.

Certaines se raccordent entre elles, comme les tramways du Pays de Galles, pour desservir une région déjà industrialisée et dont les usines demandent le transport de charbon ou de matières premières lourdes. Les techniques sont simples : rails de bois, rails de bois garnies de fer, rails en fonte de sections diverses (plat avec rebord, section en « T », etc), dés de pierre ou traverses de bois pour supporter les rails, ballast sommaire se réduisant parfois à une piste ensablée.

C’est donc bien l’Angleterre qui utilise intensément le chemin de fer au XVIIIe siècle, préparant son grand réseau du XIXe. Une des plus anciennes lignes anglaises est celle créée par Huntingdon Beaumont pour la desserte d’une mine des environs de Newcastle. Les wagons sont tirés par des chevaux dans le sens de la remontée à vide, et descendent par leur propre poids et celui de leur chargement en sens inverse, le cheval suivant paisiblement à pied… Nous sommes en 1602, au tout début du XVIIe siècle. La ligne exploitera jusqu’à 600 wagons, formant un grand parc de matériel roulant que bien des lignes actuelles pourraient envier.

Les premiers touristes découvrent le réseau ferré britannique du XVIIIe siècle.

Le « Cours de physique expérimentale » de Désagliers, paru à Londres en 1734, décrit une ligne située près de Bath, construite vers 1730 (ou plus tôt ?) pour relier une carrière à la rivière Avon où les pierres sont chargées sur des bateaux. Conçus par un ingénieur nommé Ralph Allen, des wagons longs de 4,60 m peuvent emporter des blocs de pierre dépassant la tonne, et sont dotés de freins très élaborés. Ils roulent sur des rails de section carrée, et utilisent, selon une technique que le chemin de fer actuel retiendra, des roues à boudin de guidage unique placé contre la face interne d’un rail en saillie.

Le chemin de fer (en… bois!) étrangement moderne de Ralph Allen, vu en 1735 à Bath, au Royaume-Uni. Les wagons, munis de roues à rebord (ou « boudin », ou « mentonnet », selon les termes exacts du chemin de fer actuel), sont poussés à bras d’homme sur une voie aux « relles » de section carrée.
Un des wagons de Ralph Allen, utilisé à Bath en 1735.

En 1791, un voyageur français nommé Faujas de St-Fond, mentionne, dans son ouvrage « Voyage en Angleterre, Ecosse et aux Nouvelles Hébrides », le réseau ferré britannique qui comprendrait plus de 600 km de lignes diverses, et dont la moitié environ serait en service sous la surface du sol, dans les mines, notamment galloises. Le kilométrage donné par Faujas de St-Fond est vraisemblable, et on peut citer les lignes les plus connues à l’époque comme le chemin de fer de Leeds, ou de Sunderland (un port près de Newcastle), ou de Stockton à Darlington. Il y a aussi le déjà vieux  Surrey Iron Railway qui a bénéficié de la toute première concession publique dans l’histoire mondiale du chemin de fer, en date du 21 mai 1801, et accuse donc déjà un âge approchant la trentaine quand Stephenson fait rouler la « Fusée » à Rainhill. Ce chemin de fer relie Wandsworth un port de la Tamise près de Clapham (future bifurcation ferroviaire qui sera très connue pour son trafic record) et aboutit à une usine située à Croydon. Très active vers 1810, la ligne fermera en 1846, faute de performances par manque de traction vapeur, et victime d’un système de rails plats à rebord de guidage situé vers l’intérieur de la voie, solution complètement incompatible avec le réseau existant.

Le chemin de fer de Surrey, avec ses rails plats à rebord intérieur. Ce système a pour inconvénient de permettre l’accumulation de sable ou de cailloux sur la surface de roulement du rail.
Reste d’une ancienne route à ornières en Angleterre.

Le Sirhowy Railway, dont le réseau s’étend dans le pays de Galles, utilisera longtemps les chevaux comme l’ensemble des autres réseaux contemporains mais, en 1829, achètera une locomotive type 030, la 16ème construite par Stephenson et désignée par le constructeur sous le terme de type « B », pesant entre 8 et 9 tonnes en ordre de marche. Ressemblant à la Fusée dont elle est contemporaine, elle possède deux cylindres situés à l’arrière près de la plate-forme de conduite, actionnant directement le premier des trois essieux accouplés. Le chemin de fer desservant les mines de Hetton, long de 8 miles, adopte lui aussi la traction à vapeur en Novembre 1822 avec des locomotives Stephenson.

Bien sûr, le Forest of Dean Tramroad, construit à partir de 1807 et toujours en service 80 années plus tard, est l’un des plus connus de cette époque qui précède la locomotive à vapeur. Il est maintenu dans sa forme primitive et toujours en traction animale, et utilise toujours les wagons en bois des débuts. Le réseau a totalisé 180 miles, soit plus de 280 kilomètres lors de son extension maximale, et l’écartement est de 48 pouces, soit 1.22 mètres. Des ouvrages d’art, des remblais et des tranchées ont été construits en grande quantité, préfigurant l’établissement des lignes de chemin de fer modernes, et préfigurant aussi les travaux que Marc Seguin fera, pour sa part, sur la ligne de St-Etienne à Lyon en France après avoir visité ces chemins de fer primitifs anglais.

Sur le Forest of Dean tramroad, au Royaume Uni, vers 1820. Le mot « tramroad » ou « tramway » vient du nom du fondeur James Outram, grand fournisseur de rails en fonte à l’époque.
Restes d’un très ancien « tramroad » vu vers 1870.

Vers la fin du XVIIIe siècle, le chemin de fer existe donc, au Royaume-Uni, sous le nom de « railway » et il st déjà ancien. Mais il attend une puissance de traction qui soit tout autre que le cheval ou la gravité, et le terrain est préparé en ce sens. Les ingénieurs savent construire des lignes et résoudre les problèmes posés par les terrassements et les ouvrages d’art. La locomotive à vapeur, tant attendue, arrive et donne à ce vieux chemin de fer cette puissance qui seule assure à ses lignes un débit à la hauteur des demandes de la Révolution industrielle.

2 réflexions sur « Le système roue-rail : une longue et ancienne émergence. »

  1. Cher Clive

    Le sujet m’avait intéressé un moment, et j’avais recherché des traces, dans les écrits antérieurs à 1820, de tramroads « publiques ».
    Je n’en ai pas trouvé avec des bandes de roulement en fer, mais j’ai trouvé quelques sources anciennes parlant de tramroads en pierre, notamment une illustration d’un système dans les docks de Londres, dans un numéro du Mechanic’s Magazine de 1830
    Il y a aussi des sources qui parlent de systèmes de ce genre en Italie du Nord, et même au Japon, mais toujours dans la fourchette 1780/1820., voire plus tard
    par exemple dans le  » Traité pratique de construction des tramways à chevaux, » Comte d’Adhemar, Paris, 1860

    « Dans quelques villes d’Italie, à Milan ou à Turin, par exemple, on a adopté pour les rues un système de pavage ou la surface de roulement pour les rues de voitures est différente du reste de la voie. Cette surface de roulement, qui est noyée ailleurs dans le niveau général de la chaussée, est formée de deux bandes de granit parallèles et constitue un véritable tramway. Le milieu de la voie entre les deux rails ainsi que les accotements de la rue sont pavés en petits cailloux roulés ou galets, fournis par les cours d’eau de la contrée. Souvent, quand la largeur de la rue le permet, il y a à la fois deux voies de rails de granit, pour faciliter la circulation des voitures de sens contraire.
    Ce genre de pavage, supposé les bandes de roulement exécutées en pierres de bonne qualité, en granit parfaitement résistant, ne pourrait-il pas remplacer avantageusement, en plus d’une occasion, les tramways en fer ?
    Une fois sorti des villes, on pourrait substituer le macadame (sic) ordinaire au pavé de galets pointus, qui constitue le milieu de la chaussée. Le pavé échauffe le pied du cheval et rend cette pauvre bête incapable d’un long voyage. Aussi est-il facile d’observer dans les lieux ou le rail de granit existe, que les chevaux, si on les laisse faire, abandonnent volontiers la chaussée au pavé inégal, pour suivre de préférence la dalle de granit et rejeter les roues hors de la surface de roulement sur la surface de traction. Il n’en serait pas ainsi, si, à côté de la dalle de granit, il y avait le macadame au lieu du pavé.
    Mais une route construite d’après ce principe demanderait un soin particulier de surveillance et d’entretien, pour maintenir en bon état les lignes longitudinales qui constitueraient la solution de continuité entre le macadame et le granit. Il serait à craindre en effet qu’il ne se formât tout le long de ces lignes, des ornières profondes, ou les rues de la voiture risqueraient de s’engager au moins par un coté, dans les déviations accidentelles ou volontaires, auxquelles toute voiture est exposée dans le cours d’un voyage »

    Si il y a eu des tramroad publiques avec bandes de fer, je ne pense pas qu’elles aient été très répandues, ne serait ce que pour des raisons économiques: le fer était très couteux avant 1800.

    Pour le Mont Cenis, j’ai dans mes archives une description d’un train système Fell, comme le premier tramway du Puy de Dome

    Amitiés

    O Cazier

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    1. Cher Olivier, merci pour votre message tout à fait passionnant. J’ai toujours été intrigué, dans le domaine de l’histoire, par le « ce qui se passe avant » et qui vient fonder un système nouveau (politique, économique, et surtout technique selon mes goûts). Je parlais souvent de cette époque du « pré-chemin de fer » et de la transition avec mon patron de thèse en Sorbonne (François Caron) qui m’a toujours encouragé à explorer les commencements, car on y trouve les clés, les indices.

      Pour le chemin de fer du MOnt-Cenis, bien sûr je ne fais pas allusion au Fell qui a précédé, en passant par le col, la future ligne qui passe par le tunnel, mais à une « voie ferrée » à plaques de fer, formant une chaussée métallique avec rebords de guidage qui, démontée lors de la création du Fell, aurait fourni des grandes tuiles rectangulaires, avec un bord relevé, utilisées sur les toits de Modane. Je ne sais plus où j’ai lu cela, sans doute dans « The Locomotive Magazine ».

      Est-ce que je ajouter, en vous citant, ce que vous dites du tramway italien à voie en granit ? C’est très intéressant. Avez-vous des photos, des documents ? C’est cela qui est, toujours, le plus intéressant pour le lecteur…. même pour la RGCF.

      Bien à vous, bien cordialement,
      Clive

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