Le train en tube : une entourloupe ?

Le dentifrice en tube ou la crème de marrons en tube, pourquoi pas ? Le train en tube, c’est beaucoup moins facile. Le train dans un tunnel sans fin, c’est possible.

Puisque le chemin de fer, et dès sa naissance dans les mines du Moyen-âge, utilise des tunnels, l’idée de faire du tunnel un moyen de propulsion naît dès le XIXe siècle quand il s’agit de s’affranchir des contraintes créées par la locomotive à vapeur. On en viendra même à éliminer la locomotive, mais aussi les rails, si l’on songe à la « Poste Pneumatique » qui a existé à Paris pendant plus d’un siècle, ceci entre 1868 et 1984.

Ces lignes de chemin de fer (avec ou sans rails, d’ailleurs) ont pour principe commun d’utiliser l’air comprimé produit par une station de pompage fixe. Le moteur à vapeur fixe offre sur la locomotive à vapeur des avantages de facilité d’établissement dans la mesure où l’on échappe aux contraintes imposées par le poids à l’essieu et le gabarit ferroviaires. Il est ainsi possible de faire des moteurs et des chaudières plus puissants et plus économes. On retrouvera plusieurs solutions analogues au Royaume-Uni, ou en France sur lesquelles nous reviendrons. Mais seule la traction électrique permettra de déplacer définitivement le moteur au sol, ce moteur devenant même une centrale nucléaire !

A l’origine… Vallance ou comment essayer de tuer les premiers chemins de fer

Pour Olivier Cazier (qui a bien voulu apporter une précieuse contribution à cet article de “Trainconsultant” avec nos remerciements pour son expertise de premier ordre) le premier projet de train pneumatique a probablement été, en fait, une tentative de tuer dans l’œuf les premiers chemins de fer, en suscitant une alternative plus ou moins crédible, mais troublant les esprits…

Elle se trouve en effet dans un ouvrage de 1824 intitulé  « Considerations on the expediance of sinking capital in railways », tout un programme…, et à la lecture, on voit bien que le principal objectif est moins de construire un chemin de fer pneumatique que de retarder, voire anéantir les premiers projets de trains à vapeur en train de voir le jour.

Comme l’Hyperloop de 2013, le projet de John Valence promettra monts et merveilles, moins cher que le chemin de fer, beaucoup plus rapide… mais il ne convaincra personne, et la seule réalisation sera un démonstrateur de quelques dizaines de mètres dans le jardin de Vallance à Brighton.

Première entourloupe en 1865 : le train-sarbacane.

Dans cet article “à quatre mains”, nous reprenons le fil avec l’air comprimé, qui est un principe bien connu de tout le monde : qui n’a pas envoyé des boulettes de papier, durant ses tendres années sur les bancs de l’école primaire ou du collège, en utilisant un crayon à bille vidé de sa cartouche et devenant la plus offensive et la plus discrète des armes, la sarbacane ?

L’idée de transformer, en quelque sorte, un tunnel en sarbacane par le simple fait de fermer une porte une fois le train engagé, et d’envoyer de l’air derrière le train pour le faire avancer, voilà une idée à la fois bonne et simple, et c’est exactement ce que pense un ingénieur anglais Rammel avec une voiture-piston circulant sur la courte distance de l’Arsenal au palais de Sydenham à Londres. Il invente le « tunnel-sarbacane » et la « voiture-boulette », et parvient à faire construire une ligne utilisant ce principe. La ligne est ouverte en 1865, mais on ne sait si elle a duré plus que ne durent les roses, même anglaises.

Le principe est simple : le tunnel est muni de portes d’extrémité le fermant d’une manière à peu près étanche, et une machinerie à vapeur envoie de l’air comprimé dans le tunnel. On introduit (à bras d’homme ?) la voiture dans le tunnel, on « gonfle » le tout… et c’est parti ! Le seul problème, et il est de taille, est que ce principe ne fonctionne qu’en tunnel, justement. Il ne peut donc être applicable qu’à de courtes lignes, et il est exclu, on s’en doute, de faire des lignes souterraines sur de longues distances, tout spécialement pour ce seul mode de traction (encore que, avec l’ « Hyperloop » ce sera, en principe, le cas) : ce ne serait guère rentable, vu le coût des tunnels. Et ce ne serait, il faut l’avouer, guère attractif pour le voyageur condamné à contempler une cloison sans fenêtre : même dans les avions les plus cruels, il y a au moins un hublot donnant une vue sur les nuages et apportant la lumière du soleil.

On peut penser que le projet de Rammel utilisait le parcours en tunnel comme zone de lancement et d’accélération et que, une fois le wagon à l’air libre, celui-ci continuait son parcours librement. Mais un parcours sur l’erre ne peut, dans les meilleurs cas, dépasser une dizaine de kilomètres, les derniers étant parcourus à vitesse très lente.

Deuxième entourloupe en 1842 : l’air comprimé et/ou le vide.

L’air comprimé comme mode de traction est envisagé par les ingénieurs dès les débuts du chemin de fer, tellement la locomotive à vapeur est contraignante sur le plan de l’entretien, de la conduite, et tellement, aussi, elle est chère à l’achat et tellement, enfin, sa consommation de charbon est importante. Tous les modes de traction de substitution sont essayés, et, au début du XXᵉ siècle, on sait que la traction électrique l’emportera, suivie de la traction diesel.

Le principe sera de réduire le tunnel à une simple conduite de faible diamètre, séparée du train, et poser cette conduite sur les traverses, dans l’axe de la voie. Un piston, solidaire du premier wagon du train, est poussé par l’air comprimé ou aspiré par le vide. Mais le problème de la jonction mécanique entre le piston et le wagon se pose et ne peut se résoudre que par une fente le long du haut du tube, fente fermée par des « lèvres » en cuir souple. Installé au Royaume-Uni et aussi en France entre Le-Pecq et St-Germain, de tels systèmes ne fonctionneront jamais correctement et seront rapidement abandonnés.

L’ingénieur français Andraud, qui estime que « la vapeur coûtait cher et qu’elle nous manquerait nécessairement un jour » (car il croyait, comme beaucoup de savants de son temps, à l’épuisement rapide des ressources en charbon) expérimente, le 9 juillet 1840, à l’atelier parisien de Chaillot, une voiture à air comprimé sur rails.

Puis, convaincu de l’avenir de ce mode de propulsion, il passe à la conception d’une locomotive qui comporter un réservoir de trois mètres cubes renfermant de l’air comprimé à 20 kg/cm². Le 21 septembre 1841, premier jour des essais, la locomotive parcourt 3.400 mètres, atteignant une vitesse de 32 km à l’heure.

Les expériences s’effectuent sur le chemin de fer de Paris à Versailles RG, dont les dirigeants, traumatisés par la catastrophe de Meudon, trouvent qu’une locomotive sans foyer sera plus sûre, en cas de déraillement, et sans risque d’embraser le convoi entier renversé derrière elle, comme cela s’était produit le 8 mai 1842 au prix de la vie de 55 voyageurs, dont le célèbre navigateur Dumont d’Urville qui a échappé aux tempêtes et aux cannibales du monde entier pour venir mourir à Meudon, dans un train de banlieue….

Toutefois, la machine, qui certes ne met pas le feu à son train, mais ne fait pas non plus des étincelles : elle épuise vite sa réserve d’air comprimé qui n’assure pas une autonomie assez grande, et ne peut donc assurer un service performant.  La locomotive à air comprimé aura un avenir limité aux chantiers de construction des tunnels, ou l’air comprimé est déjà fourni par de nombreux compresseurs pour les divers outillages, ou sur les installations industrielles où une simple étincelle entraîne un risque d’explosion générale.

La traction par le vide et George Medhurst, son initiateur.

La traction par le vide semble offrir un certain nombre d’avantages sur le plan de la propreté, du silence, et elle est essayée, elle aussi, dès les débuts du chemin de fer. Cette fois, il ne s’agit pas de comprimer de l’air et de le diriger dans un cylindre pour faire mouvoir un piston, mais, bien au contraire, d’aspirer l’air en avant de ce piston. Plus le vide sera fort, plus la pression atmosphérique poussera, du côté opposé, sur le piston qui se déplacera. On a souvent appelé ces chemins de fer, de ce fait, des chemins de fer « atmosphériques ».

L’idée est de remplacer le cylindre par un long tube disposé au milieu de la voie. On relie par une tige le piston au châssis de la voiture de tête d’un train. Le déplacement du piston entraîne le train. Reste à savoir comment relier le piston, enfermé dans le tube, et le train, qui circule à l’air libre et à l’extérieur du piston. Ce sera là où le bât blesse.

L’ingénieur danois George Medhurst (1759-1827) résout la question en pratiquant une fente longitudinale tout le long du dessus du tube, de manière à ce qu’une tige de liaison, boulonnée au piston à l’intérieur du tube, puisse entraîner le train placé à l’extérieur. Seulement, on ne peut laisser cette fente ouverte sur toute la longueur du tube, et par laquelle l’air extérieur s’engouffre, car cela réduit à néant le vide et rend impossible son action. On pensera à essayer une fente inférieure, sous le tube qui est placé à la surface d’un canal rempli d’eau, mais l’eau sera aspirée par le vide… Tout ce que l’on trouvera, ce sont des lèvres de cuir plaquées par la dépression, mais écartées au passage par la tige du piston.

La poêle à marrons roulante : une belle entourloupe.

Deux ingénieurs britanniques, Clegg et Samuda, étudient un chemin de fer atmosphérique assez perfectionné pour l’établir, en 1842, sur les 2.700 mètres qui séparent Kingstown de Dalkey en Irlande. Deux lèvres en cuir doivent refermer la fente après le passage de l’unique voiture à voyageurs circulant sur la ligne, ceci au moyen d’un vigoureux collage à la cire chaude opéré par un rouleau d’appui placé sur le véhicule et muni d’un petit fourneau itinérant, surveillé et activé par un des accompagnateurs ! Bref, le tout tient techniquement de la poêle à marrons ambulante des marchands au coin de la rue, à ceci près que les marchands, eux, retirent des substantiels bénéfices, mais pas les investisseurs ferroviaires.

Les partisans du système voient dans son application une économie sensible réalisée dans l’exploitation d’une ligne ainsi équipée, le vide nécessaire dans le tube ne demandant que la mise en action de pompes aspirantes assez puissantes. D’autre part, les locomotives incapables de gravir les rampes au-delà dépassant une certaine valeur que l’on estimait en général à 20 pour mille, seraient avantageusement remplacées par ce système, qui devait « vaincre les déclivités les plus rudes ».

Du Pecq à St-Germain, il y a loin de la coupe aux lèvres… et une belle entourloupe à l’affiche.

Le prolongement de la ligne de Paris au Pecq jusqu’à St-Germain se fait attendre dans les années 1840. ’État accorde une subvention de 1 790 000 francs, auxquels s’ajoutent 200 000 francs remis par la ville de Saint-Germain, heureuse de voir enfin le chemin de fer arriver à elle. Les ingénieurs décident d’exploiter en traction atmosphérique la seule partie jugée impraticable aux locomotives classiques à vapeur, c’est- à-dire l’intervalle de deux kilomètres et demi entre le pont de Montesson et Saint-Germain.

On installe à grands frais une usine utilisant deux machines à vapeur de deux cents chevaux chacune, destinées à manœuvrer des cylindres pneumatiques pour faire le vide, n’en avaient pas moins été placées, l’une à Nanterre, l’autre à Chatou. Les difficultés s’accumulent, et, par exemple, 1er mai 1846, date primitivement prévue pour I’ inauguration, les tubes ne sont pas encore livrés et il faut finalement attendre le 14 août 1847 pour la ligne soit ouverte à la traction atmosphérique et pour que, enfin, St-Germain, soit reliée à Paris.

Quant au système atmosphérique proprement dit, c’est-à-dire le tube propulseur placé entre les rails, il a un grave défaut mécanique, celui de posséder une rainure au sommet pour laisser passer la barre de connexion qui rend le piston solidaire du véhicule moteur. La rainure est refermée, à la manière d’une fermeture Éclair, en avant et en arrière de la barre de connexion circulant avec le véhicule moteur sur toute la longueur du tube, par le rapprochement de bandes de cuir recouvertes de clapets métalliques. Des galets de diamètres croissants disposés dans l’axe longitudinal du piston écartent et soulèvent les bandes de cuir au fur et à mesure de la marche, mais ce dispositif ne peut assurer une étanchéité parfaite. En outre, la graisse nécessaire à la bonne conservation des lèvres en cuir fermant la rainure longitudinale est un régal pour les rats qui viennent, des alentours, se livrer chaque nuit à un festin, bénissant ce progrès nouveau apporté par le chemin de fer…

La seule solution est de supprimer la rainure. Pour cela, il aurait fallu faire du tube… un tunnel, c’est-à-dire l’agrandir pour que le train puisse circuler à l’intérieur, l’avant de la voiture motrice, doté d’un disque épousant la forme du tube ou du tunnel, formant piston. Un tel chemin de fer est d’ailleurs bel et bien réalisé en 1865 par Rammel, à Londres, nous l’avons vu. Il ne fut jamais plus qu’une attraction, mais il fonctionnait d’une manière parfaite, sans perte d’énergie.

La locomotive « Hercule » fait mieux que la traction atmosphérique.

Le système atmosphérique s’avérait ainsi le plus coûteux des chemins de fer. Ces travaux onéreux auraient pu se justifier pour l’exploitation d’une section dont la forte rampe devait exclure l’usage des locomotives à vapeur. C’était, pensait-on, le cas pour le chemin de fer atmosphérique de Saint- Germain, mais une locomotive nommée « Hercule », spécialement établie pour les transports des matériaux pendant la construction de la ligne, démontre le contraire en remorquant sur la fameuse rampe des convois de 50 tonnes ! Cette excellence n’était pas prévue…

Comble du ridicule, l’ « Hercule » a même l’honneur de promener dans le chantier le ministre des Travaux publics. Cette mémorable visite a lieu le 21 juin 1846. Les quatre voitures du train ministériel sont brillamment remorquées par l’« Hercule », lancée à l’assaut du plateau. Les officiels se tapotent le menton : il y a comme un doute… Mais le concepteur de la ligne avait de solides appuis politiques et l’on put ne pas ébruiter, grâce à la complicité d’une presse complaisante, l’exploit de l’« Hercule ».

Dans la soirée du 6 septembre 1858, un train, en quittant le « débarcadère » (c’est ainsi que l’on appelle les gares à l’époque) de Saint-Germain, s’engage sur la pente, accélère, traverse à une vitesse vertigineuse le long viaduc au-dessus de la Seine et ne s’arrête en gare du Vésinet qu’en culbutant une locomotive à vapeur. Il y eut des victimes, trois tués, dont le conducteur du train, et des blessés plus ou moins grièvement. Quelques mois après, en 1859, une douzaine d’années après l’inauguration, les pompes aspirantes sont démontées… en grande pompe… et, avec les tubes, sont envoyées à la ferraille. On ne construira plus jamais de chemin de fer atmosphérique.

Mais en 2013, on a commencé à parler d’un « moteur à air » récemment « inventé » pour les automobiles. Sans doute, l’histoire des techniques étant souvent un recommencement, allons-nous retrouver les mêmes aventures et les mêmes problèmes qu’au début du XIXe siècle ?

Pas d’entourloupe en 1868 avec la « Poste Pneumatique ».

La Poste pneumatique de Paris, gérée par les « PTT », marche très bien et dessert Paris entre 1868 et 1984 et achemine, en moins d’une heure, des messages papier pliés ou enroulés, dits « pneus » ou « petits bleus » dans l’ensemble de la capitale française et à Neuilly. En 1933, la plus grande extension du « Pneu » donne un réseau de 427 km.

Le « Pneu » est créé par l’encombrement de voirie parisienne, limitant la vitesse des porteurs de message à cheval, et aussi l’encombrement de la télégraphie électrique, sous le Second Empire, dont le nombre de stations passe de 17 à 2200 entre 1851 et 1867. En 1853, un Anglais, comme d’habitude, a été le précurseur du système : il s’appelle Josiah Latimer Clark et il relie la bourse de Londres à la station centrale de la Compagnie de télégraphie électrique sur une distance de 200 m. Un dispositif similaire est établi en 1865 à Berlin entre la station centrale du télégraphe et la Bourse aussi. C’est bien la Bourse qui compte le plus… déjà.

Mais l’idée est « dans l’air » comme on dit, car en 1852, un Français, Ambroise Ador, fait des essais au Parc Monceau en transportant des petits colis par air comprimé. En 1854, un autre inventeur français, Antoine Galy-Cazalat, copie l’idée de Ador et dépose un brevet pour le « transport des dépêches par pression de l’air ». En 1866, une première ligne de tube acier de 65 mm est enterrée dans le sol à une profondeur de 1 mètre, et sur une longueur de 1 050 m, reliant le Grand-Hôtel au central télégraphique de la Bourse, rue Feydeau. Les messages circulent en étant enfermés dans des « curseurs » cylindriques. En 1867, on allonge le tube en créant un hexagone dans le Paris des affaires et des banques. Tous les quarts d’heure, un « train omnibus » de curseurs effectue le circuit complet en 12 minutes. Le déploiement du réseau est facilité par l’utilisation des égouts des Paris aménagés par Eugène Belgrand à partir de 1854.

Le service devient public par la fusion, en 1879, de la Poste et du Télégraphe, l’un dépendant jusqu’alors du ministère des Finances et l’autre de celui de l’Intérieur est le prélude annonçant le développement du service. En 1881, le réseau à l’ensemble de la capitale. Les curseurs se déplacent à la vitesse de 400 m/min (24 km/h) dans les tubes sous la force motrice de 8 usines situées à Breteuil, Forest, Valmy, Poliveau et Saint-Sabin, puis Lauriston et Pajol en 1881. La dernière machine à vapeur sera celle de l’Hôtel des Postes, utilisée jusqu’en 1947.

À partir de 1945, le « Pneu » commence son déclin. Les réparations s’effectuent au coup par coup en fonction des avaries, sans politique générale de rénovation des tubes vétustes. Les curseurs se bloquent dans les tubes (on parle de « calages »). En 1960, la poste pneumatique achemine quatre millions de lettres annuellement, 2,7 millions en 1972 et en 1982, seulement 648 000.

À partir de 1965, les tubes pneumatiques métalliques sont progressivement remplacés par des tubes en PVC qui offrent par ailleurs l’avantage d’offrir moins de résistance au passage des curseurs, ce qui réduit entre-autres le bruit dans les bureaux. En 1970, il existe 18 km de lignes en plastique.

Le ministère des PTT interrompt le service le vendredi 30 mars 1984 à 17 h. Place à « Postéclair », un service de télécopie publique crée fin 1983, et « Postexpress », un système de livraison rapide de colis en région parisienne créé en janvier 1984. Notons que le tube reliant le Sénat et le Journal officiel via l’Assemblée nationale est le dernier survivant, vu sa grande fiabilité et sa commodité d’utilisation. Il permettait de transférer en quelques instants les textes législatifs afin de procéder à des allers-retours entre la chambre haute et le JO avec un arrêt possible à l’Assemblée nationale. Ce service a été maintenu jusqu’en 2004.

Marc Seguin… a t-il inventé l’Hyperloop ?

Pou Olivier Cazier qui connaît bien l’œuvre de Marc Seguin, cet inventeur visionnaire est, parmi les divers inventeurs de trains et de systèmes pneumatiques, fut en France le premier ingénieur à avoir construit une ligne de chemin de fer à traction par locomotives. Mais lui aussi a succombé aux charmes de la sirène du tube…

Le système promu par Seguin est d’ailleurs très élaboré : deux rails de roulement, deux rails sur les parois verticales, dont un système à la fois guidé longitudinalement et latéralement, des points d’injection avec de chaque côté, une porte étanche, des gares en point haut, à l’air libre, tous les quelques km, avec la gravité arrêtant le train et l’aidant ensuite à reprendre de la vitesse…

Pour Olivier Cazier, malgré sa sophistication, le système de Seguin n’aurait probablement pas fonctionné (trop de pertes)  et il n’a pas eu de début d’exécution.

Larry Edwards, grand ingénieur visionnaire, réinvente le train sous vide en tube en 1965.

Larry Edwards (1919-2009) est le fils d’un professeur de physique, et il est né dans l’État du Delaware, aux États-Unis. Ingénieur et chercheur dans le domaine spatial, il a aussi fondé trois entreprises pour mettre en œuvre ses innovations dans les transports terrestres, le « Tube Transit Corporation », « Transit Innovations » et « Futrex Inc ». Entre autres, il a inventé ce qu’il appelle le transit gravité-vide, une technologie qui combine la gravité et la pression atmosphérique pour accélérer les trains dans des tubes souterrains évacués à une vitesse de 250 à 400 mph. Ce projet est retenu par la région de New York ainsi qu’une ligne Boston-Washington.

Edwards a été nominé deux fois par les dirigeants de Lockheed pour la Médaille nationale de la technologie, la plus haute distinction américaine pour la réalisation technologique. En 1980, la NASA lui a décerné un prix de leadership d’équipe pour son rôle dans le Programme de rentrée Skylab. Ses études, recherches et inventions ont été abondamment publiées.

Et l’ “Hyperloop” ? La réponse d’Olivier Cazier.

Pour Olivier Cazier, il n’y a pas l’ombre d’un doute. Le dernier avatar du train en tube est bien entendu… Hyperloop. Voici ce qu’il a bien voulu écrire pour les lecteurs de “Trainconsultant”.