La locomotive électrique, puissante, lourde, taillée pour la “grande traction” en tête de trains lourds et rapides, a été, par excellence, le type à quatre essieux moteurs et deux bogies porteurs, dont la conception, tant au niveau du châssis à longerons que des organes de roulement avec des bogies directeurs, est issue tout droit de la locomotive à vapeur américaine. La transmission de l’effort moteur aux roues est, elle aussi, inspirée de celle des locomotives à vapeur avec l’utilisation de bielles, solution assez répandue aux États-Unis, en Suisse, en France, mais aussi en Allemagne, en Suède.
Les premières locomotives électriques de ce type à bielles, à disposition d’essieux 2BB2 apparaissent aux États-Unis, sur le fameux Pennsylvania Railroad en 1909. Le type 2BB2 sera peu répandu, et n’apparaît que comme un stade transitoire vers le type 2D2. Pendant les années 1920, la France adoptera pour ses grandes électrifications ses fameuses 2D2 qui resteront, sur les réseaux du PO, du Midi et de l’État, le type même de la locomotive électrique puissante et rapide, et dont le règne ne vacillera qu’après la Seconde Guerre mondiale pour laisser la place aux CC et aux BB. Celles de la SNCF, les 2D2 9100, seront les toutes dernières du genre, championnes “poids lourd” avec leurs 144 tonnes, reines de la grande artère Paris-Lyon enfin électrifiée. Nous reviendrons sur les 2D2 dans un prochain article.
La DD1 du Pennsylvania : parce que la vapeur ne peut aller partout.
Les fameuses « DD » du « Pennsy » !…Ce dinosaure naît dans des circonstances peu ordinaires, on s’en doute, et aux États-Unis, bien sûr. Il faut tout entreprendre, tout oser, certes, à condition de ne pas enfumer les new-yorkais avec des locomotives à vapeur, passant sous l’Hudson et l’East River, et gagnant Pennsylvania Station, au cœur de Manhattan. La solution ? La voici : 145 t d’acier copieusement riveté et, en prime, avec des bielles. Presque une locomotive à vapeur.
À une époque où la vapeur règne sans partage sur les rails et les mers du monde entier, faisant rouler les trains les plus prestigieux et naviguer les plus grands paquebots, il y a quand même quelques domaines qui sont interdits à la traction vapeur. En premier lieu, et tout particulièrement, il n’est pas question, après quelques essais peu convaincants de tramways à vapeur, d’aller noircir le centre des grandes villes élégantes, pour cause de fumées et de crasse. On veut bien les avantages du train, mais pas les inconvénients. « Not in my back yard »… disait-on déjà, à l’époque, dans les belles villes américaines. Il est vrai qu’à Londres ou à Paris, on admet mieux la présence du train, et Londres, pour sa part, ne recule pas devant un métro souterrain à vapeur dont, pour le moins, les médecins vantaient – faute de ne pouvoir les éliminer – les bienfaits d’une cure de soufre dans les stations à l’atmosphère très enfumée !
Aux États-Unis, et plus particulièrement à New York, le point de vue est différent. C’est pourquoi, au XIXe siècle, les compagnies de chemin de fer américaines installent leurs grandes gares terminus à une certaine distance du centre des villes et des quartiers bourgeois, choisissant des quartiers dont la population ne soit pas, disons, trop regardante sur la pureté de l’air et les conditions d’hygiène…
Mais, vers 1900, les grands progrès de la traction électrique sont là : ils ne permettent pas encore d’électrifier intégralement les réseaux de chemin de fer, car les performances ne sont pas encore à la hauteur de celles des locomotives à vapeur. Par contre, la locomotive électrique apparaît comme capable d’assurer un parcours terminal supplémentaire entre l’ancienne gare terminus excentrée et une nouvelle gare terminus installée au cœur de la ville même. Comme pour d’autres capitales européennes, si l’on songe à Paris avec sa liaison électrique entre les gares d’Austerlitz et le prolongement jusqu’à la nouvelle gare d’Orsay plus centrale, c’est ce qui se passe à New-York : les trains du Pennsylvania gagneront désormais le centre de Manhattan, par six tunnels à voie unique, deux sous l’Hudson et quatre sous l’East River, et pénètreront dans une superbe et immense gare gothique placée non loin de Madison.
La traction électrique au banc d’essais.
En 1903, le Pennsylvania Railroad décide de prolonger ses lignes jusqu’au cœur de Manhattan, mais essaie trois locomotives à quatre essieux moteurs : deux du type BB, et une curieuse du type 2B. Cette dernière épargne mieux les voies, et elle est choisie. Montée sur un châssis du type des locomotives à vapeur 220, avec d’immenses roues motrices d’un diamètre de 1829 mm, elle est finalement dédoublée pour donner une 2BB2 formée de deux demies locomotives attelées en permanence.
Curieux bricolage pensera-t-on, du moins à première vue… Avec un châssis de locomotive type 220, on obtient une demie locomotive électrique articulée en installant un moteur électrique à la place de la chaudière. Cela se fait dans un esprit très pragmatique, à l’américaine, en tenant compte du fait que le châssis et les organes de roulement sont toujours les éléments les plus délicats à réaliser et les plus coûteux : si, donc, on dispose déjà d’un châssis qui a fait ses preuves, pourquoi ne pas le réutiliser ? Ceci se justifie d’autant plus que, dans l’esprit des ingénieurs de l’époque, la conception des locomotives électriques se doit de partir de la locomotive à vapeur dont elle est, en quelque sorte, une évolution technique par simple changement du moteur. C’est pourquoi, en particulier, les ingénieurs du monde entier, à l’époque, utilisent des châssis de locomotives à vapeur, notamment le système de longerons, ou encore le très caractéristique bogie directeur avant, et aussi la transmission à bielles, dans la mesure où les engrenages ne semblent pas offrir une résistance suffisante aux efforts de traction et aux contraintes mécaniques fortes du chemin de fer.
Capable de rouler ainsi jusqu’à des vitesses approchant le 130 km/h sans faire entendre un cognement de bielles, ce prototype se montre facile à entretenir et à conduire, et économique à l’usage. La série de 31 locomotives est produite, mais avec une transmission par bielles encore plus simple et robuste que la transmission d’origine. Elles sont appelées « DD » car elles sont formées de 2 locomotives type 220 que la compagnie appelle type « D » en traction vapeur, comme la fameuse série des D16 sb le prouve.
La carrière des “DD1”.
Inaugurée en 1910, après 7 années de travaux, la gare dite Pennsylvania Station est l’objet d’un trafic important, et les lignes électrifiées sont prolongées vers l’ouest jusqu’à Newark, puis à Long Island pour la desserte des garages de Sunnyside destinés aux rames de voitures à voyageurs. Les locomotives à vapeur sont remplacées par les “DD1” à Manhattan Transfer, et le trajet terminal de 14,2 km est fait en quelques minutes, mais avec un parcours en tunnel comprenant des rampes et des pentes de 19 pour mille pour descendre sous les cours d’eau.
Les DD1 assurent ainsi un service excellent jusqu’en 1933, année ou la traction électrique est assurée par des locomotives de ligne circulant depuis Trenton. Certaines “DD1” restent en service sur le garage de Sunnyside jusque durant les années 1949-1950.
Caractéristiques techniques
Type: 2BB2
Année de construction : 1909
Courant traction: 600 v continu par 3e rail latéral
Moteurs: 2 x 795 kW
Puissance totale: 1 590 kW
Masse: 145 t
Longueur: 19, 78 m
Vitesse maximale: 130 km/h.
Les nombreuses locomotives électriques suisses à bielles.
La Suisse a un réseau ferré exemplaire sur bien des points, et, en particulier, celui d’être un paradis de la traction électrique, avec d’antiques locomotives à bielles.
La Suisse est placée au cœur de l’Europe, et ce pays de montagne et d’agriculture a su jouer de sa position de carrefour pour créer son dynamisme industriel et commercial actuel par son réseau de chemins de fer. Dès les débuts de l’aventure ferroviaire européenne, la Suisse se dote d’un réseau qui est à la fois un élément central d’un grand réseau européen et, en même temps, un simple réseau national reliant les villes suisses entre elles. Les grands cols alpins sont ouverts au chemin de fer dès la fin du XIXe siècle ou au début du XXe siècle. En 1882, le col du Saint-Gothard devient une véritable porte ferroviaire donnant sur le sud de l’Europe pour le compte des pays du centre et du nord de notre continent.
La Suisse, pays de montagnes, est particulièrement confrontée à ce problème, notamment pour les grands trains internationaux traversant son territoire : les vitesses moyennes élevées, aisément tenues dans les plaines de France ou d’Allemagne, sont subitement « cassées » sur le long parcours des rampes suisses, et particulièrement celles de l’importante ligne du St-Gothard. Pour éviter que cette grande artère ne se transforme en goulot d’étranglement avec une accumulation de trains de marchandises freinant le mouvement général, il faut des locomotives puissantes. L’accroissement du poids des trains de marchandises, d’année en année, ne fait que rendre le problème encore plus insoluble.
Les “Crocodiles” du St-Gothard.
Elles sont emblématiques de la locomotive électrique suisse à bielles, mais elles ne sont pas les plus anciennes du genre. Livrées à partir de 1920 par les firmes suisses Oerlikon et SLM, ces impressionnantes machines sont engagées sur la ligne du St-Gothard. Elles se montrent capables de développer 1.650 kW (soit environ 2.200 ch) à une vitesse de 65 km/h : nous sommes loin des performances de la locomotive à vapeur. Et certaines machines seront remotorisées en 1943 pour offrir 2.670 kW ! La locomotive se présente sous la forme de deux demi châssis ayant chacun leurs moteurs et leurs roues, et surmontés de très longs capots dégageant bien la vue pour le conducteur. Celui-ci est installé dans une cabine centrale reposant sur une plate-forme reliant les deux demi châssis et permettant l’articulation de l’ensemble. Sur un trajet sinueux, les demi châssis pivotent et s’inscrivent en courbe comme des bogies.
Les moteurs de la « Crocodile » entraînent les roues par un faux essieu (ou deux faux essieux sur certains modèles) et une transmission par bielles pour chaque demi châssis, ou, pour certaines, par deux faux essieux et transmission par bielles, toujours pour chaque demi châssis. Cette technique montre la prépondérance, chez les ingénieurs des années 1920, du choix des solutions provenant directement de la locomotive à vapeur en matière de conception de locomotives électriques. Une nouvelle forme de traction et la présence de moteurs électriques et de leur appareillage rendent prudents les ingénieurs qui préfèrent « assurer » par le maintien du plus grand nombre possible de solutions anciennes et éprouvées pour ce qui est de la conception mécanique, de la transmission, des organes de roulement. La présence de bielles est surprenante sur une locomotive électrique : une transmission par engrenages semblerait plus simple et plus logique. Les ingénieurs de l’époque le savent, mais les premiers essais avec des engrenages donnent une marche très dure et des ruptures de pièces. Or le chemin de fer exige des solutions sûres à 100 % et les ingénieurs craignent que les engrenages ne puissent résister à la transmission de grandes puissances tout en absorbant les contraintes créées par le jeu des roues et des suspensions. Pour leur part, les moteurs électriques de forte puissance sont trop gros, à l’époque, pour être logés près des essieux ou entre eux. Il faut les placer plus haut, sur les châssis, et leur faire entraîner les essieux à distance par des engrenages en grande quantité, ou, mieux alors, des bielles.
De curieuses techniques, cependant.
Sur les locomotives électriques à bielles de l’époque, notamment en Suisse, en général chaque moteur entraîne d’abord un «faux-essieu » soit directement, soit par un jeu d’engrenages démultiplicateur. Solidaire du châssis, ce faux essieu reçoit donc toute la puissance du moteur qu’il transmet à des bielles d’attaque pour entraîner un des essieux moteurs. Cet essieu moteur est réuni à d’autres essieux moteurs par des bielles de liaison, comme sur une locomotive à vapeur. Ce sont ces bielles-là qui auront à assumer non seulement le travail de transmission de la force motrice, mais surtout permettre les débattements et mouvements relatifs entre les roues motrices et le châssis sur les inégalités et les gauches de la voie.
La « Crocodile » est ainsi surnommée quand on la voit ramper sur les courbes de la ligne, allongée, basse, épousant les rayons des courbures à la manière d’un vrai crocodile rampant pour atteindre sa proie. La ligne du St-Gothard est non seulement en rampe, mais elle est sinueuse. En effet, manque de puissance des locomotives à vapeur de l’époque où elle fut tracée a imposé de ruser avec les déclivités du terrain. Les faibles rampes demandent un tracé très sinueux, avec des courbes et des contre-courbes à faible rayon, des tunnels hélicoïdaux, le tout permettant de monter très progressivement et sans fournir d’effort. Mais locomotive à châssis rigide d’une seule pièce souffrirait dans les courbes à faible rayon : en effet, elle impose à ses roues et à la voie une forte contrainte mécanique latérale exercée par les boudins de guidage des roues. À l’époque de la « Crocodile », la seule solution pour avoir des locomotives puissantes est de les faire plus grosses, plus longues. Pour inscrire une telle locomotive dans les courbes du Saint-Gothard, on l’articule en trois parties. Aujourd’hui, les ingénieurs savent faire des locomotives très puissantes, mais petites et légères, courtes, et ne demandant que deux bogies (type BB ou CC).
CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES
Type : 1CC1
Courant : Monophasé 15000 V
Fréquence : 16 2/3 HZ.
Puissance d’origine : 1650 KW.
Puissance à partir de 1943 : 2670 KW.
Vitesse maximale : 65 KM/H.
Longueur : 20, 14 M.
Poids : 128 T.
D’autres bielles, mais au Berne-Lötschberg-Simplon.
La percée du tunnel du Simplon en 1906 ouvre à la Suisse l’Italie et le sud de l’Europe, mais ce trafic ne peut être canalisé que par la vallée du Rhône dans la mesure où il se heurte au massif montagneux du Lötschberg et de l’Oberland Bernois qui est en face de la sortie nord du tunnel du Simplon. Il faut donc ouvrir un nouveau passage au nord du Simplon, prolongeant ce dernier en direction du centre de la Suisse et de Berne.
Ceci sera fait en 1913 avec le percement du tunnel du Lötschberg. Longue d’environ 60 km, la ligne gagne, depuis Frütigen qui est à 782 m d’altitude, le tunnel du Lötschberg qui est à 1244 m d’altitude et redescend ensuite jusqu’à Brig à 681 m. Le tracé est aussi audacieux que complexe et la rampe nord comprend douze tunnels d’une longueur totale de 4 924 m, tandis que la rampe sud en comporte vingt et un, totalisant 7074 m. Le tunnel du Lötschberg proprement dit est long de 14 536 m, longueur augmentée de 791 m par le creusement d’une galerie de détournement à la suite d’un éboulement et de l’invasion des eaux de la rivière Kander dans la galerie initiale, tuant 25 ouvriers.
Quel courant pour la traction électrique suisse ?
Sur une ligne aussi accidentée et, surtout, aussi riche en tunnels, la traction vapeur n’est guère possible : la faible puissance des locomotives à vapeur, leur allergie aux rampes, les émissions de fumées et de gaz toxiques dans les tunnels, voilà autant d’arguments en faveur de la traction électrique. Mais, à l’époque, les ingénieurs restent encore partagés sur les choix en matière de courant. Le Simplon, ouvert en 1906, a été électrifié avec le curieux système triphasé à caténaire double, système qui sera très utilisé par les Italiens, car il offre de grands avantages en matière de simplicité de moteurs, mais demande des installations aériennes très complexes.
Avec une sagesse de vues certaine, les ingénieurs du BLS rejettent ce système pour la ligne du Lötschberg et choisissent le système proposé par la société Oerlikon qui est un courant monophasé 15 000 v à fréquence spéciale de 16 2/3 Hz, système qui sera celui du réseau suisse, puis d’autres pays du centre et du nord de l’Europe, dont l’Allemagne surtout.
Trouver le bon système et la bonne locomotive.
Après les essais entrepris sur la ligne de Seebach à Wettingen, la seule véritable électrification importante est réalisée sur la ligne du Lötschberg. Elle est d’ailleurs exécutée en même temps que sa construction, ceci entre 1907 et 1911. Les caténaires sont tendues de Berne jusqu’à Brigue, importante gare ou la ligne du BLS rejoint la ligne du Simplon. Pour sa part, le tunnel du Lötschberg, long de 14,5 km, est compris dans la section qui relie Kandersteg à Brigue, sur la partie la plus accidentée de la ligne.
La Be 5/7.
Cette série de treize locomotives Be 5/7 est construite en 1912 par Oerlikon et BBC. Elle est du type 1E1, c’est-à-dire cinq essieux moteurs solidaires d’un châssis unique, et un essieu porteur à chaque extrémité, ou 5/7, soit cinq essieux moteurs sur sept, selon la classification suisse. Elle a deux moteurs de 933 kW qui entraînent les deux essieux moteurs centraux par l’intermédiaire d’un arbre intermédiaire et des bielles formant un triangle de Kando, plus des bielles d’accouplement classique pour les autres essieux moteurs : à l’époque les ingénieurs n’ont pas confiance dans l’entraînement par engrenages, dont on craint la fragilité des dentures. Les bielles semblent devoir inspirer confiance du fait de leur long passé en traction vapeur…
Mais ce ne sera pas le cas, du moins initialement, car ces locomotives ont un roulement dur, elles vibrent, les bielles cassent, tout comme les boutons des manivelles des roues… En outre, ce système ne manque pas de poser de graves problèmes de vibrations au niveau du triangle de bielles reliant les deux moteurs à l’essieu moteur central. Cette locomotive montrera que l’innovation peut, parfois, être meilleure que le conservatisme et les ingénieurs auront à aller plus loin et à imaginer des transmissions élastiques entre le moteur et les roues, utilisant des roues dentées travaillant dans des conditions plus douces sur le plan des contraintes mécaniques. Le ingénieurs éviteront donc, à l’avenir, les bielles et préféreront multiplier les moteurs et utiliser des transmissions individuelles avec interposition de systèmes élastiques.
En attendant, il faut bien corriger ces défauts, et les ingénieurs y parviennent. La série se révèle alors excellente, et peut remorquer des trains de 350 tonnes en rampe de 27 pour 1000, à 50 km/h.
Aujourd’hui une Be 5/7 est conservée au Musée Suisse des Transports de Lucerne.
Caractéristiques techniques.
Type: 1E1 dit Be 5/7
Date de construction : 1912
Puissance: 1866 kW.
Moteurs: 2.
Courant: 15000 v monophasé 16 2/3 Hz.
Vitesse: 75 km/h.
Masse: 73 t.
Longueur: 16 m.
Les éphémères 2BB2 du PLM
Le PLM est l’un des premiers réseaux français, historiquement, à s’intéresser à la traction électrique, mais pour des raisons d’environnement et pour éviter d’enfumer les résidences bourgeoises et princières de la Côte d’Azur, que par réelle conviction en faveur de la locomotive électrique… Deux ingénieurs du PLM, Auvert et Ferrand, sont autorisés à faire des essais et ils songent à l’utilisation du courant monophasé. Ils étudient la solution d’un groupe convertisseur tournant fournissant du courant redressé pseudo-continu à tension variable aux moteurs de traction d’une locomotive type 2B+B2 alimentée en 12 kV 25 Hz, et essayée entre Cannes et Mouans-Sartoux, sur la ligne de Grasse en 1910. À longerons, mais sans bielles, la locomotive peut fournir 1200 kW pour un poids de 116 tonnes, ce qui reste modeste, et ne place pas la traction électrique en position favorable, à l’époque, par rapport aux locomotives à vapeur. Le PLM, précurseur, en reste là provisoirement en matière de traction électrique, et, jusqu’à la création de la SNCF, le PLM se caractérisera par sa réticence à toute électrification, la limitant à de modestes essais.
Le problème de la Maurienne.
Cette très importante ligne reliant la France à l’Italie est d’une exploitation difficile en traction vapeur, et, au début des années 1920, le PLM envisage son électrification a minima par 3ème rail latéral et courant continu 1500 v. Le réseau fait construire des locomotives prototypes pour procéder à des essais comparatifs, vu le manque de passé de ce mode de traction en France. Outre une assez incroyable locomotive du type 2B1+1B2 à deux caisses et bielles, il y a aussi quatre locomotives dont deux sont du type 2BB2 à caisse unique et sans bielles, une du type 2BB2 à deux caisses et bielles, et une dernière du type 1AB+BA1 à deux caisses et sans bielles pour trains de marchandises. Ces locomotives doivent surpasser les locomotives à vapeur pour rentabiliser rapidement les frais de l’électrification de la ligne et leur propre prix d’achat.
Les 2 locomotives type 2BB2 à caisse unique et sans bielles sont pourtant satisfaisantes en service – ne parlons pas de la locomotive 2B1+1B2 à bielles qui ne put jamais fonctionner correctement. L’une de ces 2BB2 est construite en 1925 par la société suisse Oerlikon pour la partie électrique et la société française des Batignolles pour la partie mécanique, l’autre par la Société Alsacienne de Constructions Mécaniques (SACM, future Alsthom). Elles ont deux « trucks » moteurs à disposition d’essieux 2B avec des bogies de locomotive à vapeur et des roues motrices de 1600 mm de diamètre.
Sous 1350 v, la puissance à la jante est de l’ordre de 2 000 ch. pour la 1ère et de 2 500 ch. pour la 2ᵉ à 50 km/h, une vitesse relativement modérée, mais choisie justement en fonction du profil difficile de la ligne de la Maurienne. La vitesse maximale ne peut dépasser 110 km/h. Ces machines peuvent remorquer des trains express de 500 t à 65 km/h et de 300 t à 90 km/h.
Le PLM ne retint toutefois pas ces locomotives pour la construction en série, car les performances étaient modestes, et la compagnie songeait à une locomotive capable, aussi, de remorquer des trains lourds rapides de 700 t à 90 km/h sur la Côte d’Azur : les performances des 2BB2 auraient été insuffisantes.
Caractéristiques techniques.
Type: 2BB2
Courant traction: 1 350 v continu
Moteurs de traction: 4 moteurs doubles
Masse: 124,5 t
Longueur: 20 m
Vitesse: 110 km/h
Les « belles Hongroises » du PO.
A cette époque des essais du PLM, le réseau du PO, lui aussi, s’intéresse à la vapeur et avec une grande différence : le PLM n’y croit pas, le PO y croit fermement. Ces étranges locomotives électriques, construites en 1926, sont fascinantes par leur étrange beauté, leurs grandes roues à bielles, leurs longs capots et leur curieuse cabine centrale en « coupe-vent ». Elles n’existèrent qu’à deux exemplaires, car ces « belles hongroises », comme on les appelait à l’époque, avaient un comportement un peu trop imprévisible pour le pays aussi cartésien que la France veut être… Adulées de tous, lors de leur apparition, elles finirent rapidement et tristement, loin des trains rapides parisiens, en roulant à 40 km/h en tête des trains de marchandises de Limoges : un vrai limogeage à tous les sens du terme !
Le chef d’oeuvre de Kalman De Kando (1869-1931).
Ce brillant ingénieur hongrois, formé en France à Fives-Lille, puis chez Westinghouse, dirige la firme hongroise Ganz, et il est très connu dans le monde ferroviaire du début de notre siècle pour son esprit inventif et sa vision claire de l’avenir de la traction électrique. Dans une époque où les grands choix sont à faire, De Kando préconise l’emploi du courant triphasé, qui permet l’utilisation de moteurs très simples et à vitesse constante, et aussi celui du courant monophasé de fréquence industrielle, qui permet d’utiliser directement le courant industriel, ce qui simplifie à l’extrême les installations de transformation et de distribution. Il réalise la première grande électrification hongroise en courant monophasé de fréquence industrielle dès 1931, solution choisie par la SNCF au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, notamment pour les lignes du TGV.
Mais, pendant ces décisives années 1920, l’ensemble des ingénieurs des réseaux européens penchent pour des solutions plus traditionnelles et moins performantes, notamment l’emploi du courant continu 1.500 ou 3.000 v qui, certes, utilisent le meilleur moteur disponible pour la traction électrique, mais demandent des installations fixes lourdes et coûteuses vu la difficulté du transport de ce type de courant à longue distance.
Lorsque la France, en 1920, choisit définitivement le très classique courant continu 1500 v pour ses grandes électrifications à la suite d’une mission d’études aux USA, De Kando ne veut pas ignorer un aussi important marché, et choisit de fournir au réseau du Paris-Orléans deux locomotives prototypes en 1500 v continu, même si ce type de courant n’entre pas dans ses convictions.
Au prix d’une transmission complexe.
Les locomotives livrées au PO sont du type 2BB2 (et non des 2D2, comme on le croit souvent), c’est-à-dire que les quatre essieux moteurs sont réunis en deux groupes indépendants, chacun commandés par deux moteurs propres. Les quatre moteurs de la locomotive sont reliées aux essieux par des bielles : il n’y a pas d’engrenages, car, à l’époque, les ingénieurs électriciens se méfient de leur fragilité et préfèrent emprunter à la locomotive à vapeur ses solutions éprouvées. Il en est de même pour la liaison mécanique entre les essieux moteurs : de nouveau, ce sont des bielles. De Kando choisit donc une transmission intégrale par bielles, mais doit respecter les débattements intervenant, du fait de la suspension, entre le châssis supportant les moteurs, d’une part, et, d’autre part, les essieux moteurs eux-mêmes.
Sur les locomotives à vapeur, ces débattements sont relativement faibles et ne concernent que les mouvements verticaux des roues et les bielles les réunissant. Les bielles restent dans un plan horizontal, postées en bas de la locomotive. Sur les locomotives électriques, non seulement les roues sont liées entre elles, mais aussi l’ensemble des roues est liée aux moteurs, ce qui donne des bielles en oblique qui montent jusque vers le haut de la locomotive. La situation est beaucoup plus complexe, avec un ensemble mécanique tournant à grande vitesse, prenant sur lui les vibrations induites par les impulsions des moteurs, et les répercutant dans l’ensemble de l’embiellage, et jusqu’aux roues.
« Hyperstatique » et « Isostatique », dites-vous ?
Comme De Kando livre deux prototypes, il essaie deux systèmes différents. La E-401 a une transmission articulée à bielles dites « hyperstatique », et l’autre, la E-402, une transmission à bielles dites « isostatique ». Un cours de mécanique serait nécessaire pour expliquer la différence… Le problème est de lutter contre des vibrations qui existent à certaines vitesses, dites « vitesses critiques ». La solution, pour De Kando, est d’introduire une certaine élasticité entre l’induit du moteur et son arbre, pour réduire, à leur départ, les vibrations, puis de régler soigneusement les positions des bielles et des manivelles des roues. De Kando livre deux transmissions différentes pour que le PO puisse, par expérience, conclure sur la valeur de l’un ou de l’autre. La transmission « hyperstatique » comporte une bielle articulée supplémentaire en haut du triangle réunissant les deux moteurs de chaque groupe à l’un des essieux moteurs, tandis que le triangle de la transmission « isostatique », plus simple, comprend des bielles en équilibre statique permanent, sans bielle de liaison supérieure. De Kando règle les transmissions pour que la vitesse critique, pour la E-401 à transmission « hyperstatique » soit celle de 140 km/h, et pour que la E-402, à transmission « isostatique », soit celle de 40 km/h. Ces deux vitesses sont l’une, au-delà de la vitesse maximale en service, l’autre, bien en dessous et elle n’est pratiquée que pendant l’accélération ou le ralentissement. IL se trouve, en fin de compte, que c’est la transmission « isostatique », la plus simple et la plus souple, qui offre le meilleur comportement – ou, disons, le moins problématique.
Un des problèmes posés par les transmissions est que le triangle, couplant des bielles ayant des mouvements parasites propres, se trouve en train de les accumuler à un point tel que les moteurs de la locomotive, pesant pourtant sept tonnes chacun, se déplacent par soubresauts sur les longerons du châssis. Ces moteurs parviennent à creuser ces longerons, s’y encastrant dans une profondeur atteignant 20 mm ! C’est ce point très ennuyeux qui amène les dirigeants du PO à refuser, à contre cœur certes, tout service de vitesse à ces locomotives que l’on cantonne dans un prudent 40 km/h : les moteurs, désormais, restent à peu près ne place sur les longerons du châssis.
Puissantes, les « belles hongroises »…
D’emblée, les « belles hongroises », comme on les surnomme rapidement, se montrent très puissantes. Leurs quatre moteurs à huit pôles peuvent donner 1.000 ch chacun sous 1.500 v, ce qui fait un total de 4.000 ch, une puissance double, pour ne pas dire triple, de celle des meilleures locomotives à vapeur de l’époque d’avant Chapelon, et une puissance que l’on ne trouvera que sur les locomotives des années 1950-1960. Cette puissance exceptionnelle permet la remorque de trains rapides très lourds, pesant plus de 630 t, à une vitesse moyenne de l’ordre de 100 km/h – des performances de très loin supérieures à ce dont rêveraient les ingénieurs les plus blasés.
Le réglage des moteurs se fait par couplages : série (les quatre moteurs étant en série, la tension étant donc divisée par quatre), série-parallèle (deux moteurs en série et deux autres en parallèle, la tension étant divisée par deux), parallèle (les quatre moteurs étant en parallèle, donc tous alimentés à pleine tension), ces couplages étant combinés avec une variation du champ inducteur sur 3 crans pour la E-401 et sur 5 crans sur la E-402 : la première locomotive dispose ainsi de 9 régimes de marche, et la deuxième de 13 régimes.
… mais trop de problèmes, cependant.
Mais, malheureusement, ces splendides locomotives se font rapidement détester de la part des ingénieurs de traction comme des équipes de conduite. Les incidents se multiplient en service, et atteignent le chiffre effarant de 1 à 2 pour 100 km, alors que la traction vapeur connaît 8 incidents (ou demandes de réserve) pour 1.000.000 de km ! Tout y passe : moteurs, équipement de commande, transmission, partie mécanique surtout…
Alors, dès que le parc de 2D2 classiques est suffisant, au début des années 1930, pour assurer la traction des trains rapides, ces deux locomotives se retrouvent tristement reléguées au service marchandises du dépôt de Limoges où elles seront tenues à vue d’œil ! Leur très grande puissance de traction leur permet d’enlever des trains de plus de 700 tonnes en rampe de 10 pour 1000, mais à une sage et prudente vitesse de 30 à 50 km/h. Triste fin pour ces locomotives qui devaient être le chef-d’œuvre de leur temps.
Caractéristiques techniques :
Type: 2BB2
Courant traction: 1500 v continu
Moteurs: 4 x 895 kW
Transmission: mécanique par bielles
Masse: 131 t
Longueur: 16,04 m
Vitesse: 120 km/h
La CC 1100 : quand la SNCF dit adieu aux bielles électriques.
La dernière machine électrique à bielles en service à la SNCF, et une parmi les plus anciennes du parc puisque datant de 1938, voilà déjà deux solides raisons pour faire de cette locomotive un objet de curiosité ferroviaire. Et pourtant, depuis plus de 60 années, cette série assure dans les années 1990 encore un travail obscur et ingrat que, seule, elle semble capable de faire sans fatigue, ce qui lui a valu d’être presque reconstruite récemment : la pousse des rames de wagons de marchandises sur les « bosses » des grands triages. On pouvait encore les voir à Villeneuve-St-Georges, allant et venant inlassablement.
Pourquoi un si tardif retour de la locomotive à bielles ?
Les engrenages et autres roues dentées ne conviennent guère à la transmission des forces motrices d’une locomotive, pensent les ingénieurs des années 1920 et 1930, quand il faut, en plus, ménager des débattements pour le jeu des suspensions. Une longue expérience, acquise avec les locomotives à vapeur, fait préférer les bielles, pour leur robustesse et leur grande simplicité mécanique, mais celles-ci, aux grandes vitesses, engendrent des mouvements parasites. Très vite, à partir des années 25, les ingénieurs trouveront des systèmes de transmission par roues dentées, mais permettant le débattement des suspensions.
En 1936-37, lorsque le réseau du PO met à l’étude ces locomotives (qui ne seront, d’ailleurs, livrées qu’à la SNCF en 1938), le retour aux bielles est décidé dans la mesure où il s’agit de faire une locomotive très endurante, très simple mécaniquement, et, de toutes façons, circulant à vitesse très limitée. En outre les puissances développées seront très réduites, avec une marche variant de 2 à 12 km/h, ne demandant, en poussant une rame, que des puissances inférieures à 350 kW. Les bielles, en outre, utilisent mieux l’adhérence en répartissant mieux l’effort moteur.
Des caractéristiques électriques intéressantes.
Les machines de butte doivent marcher à vitesse sensiblement constante, mais en développant des efforts variant progressivement de la pleine charge à la marche à vide au fur et à mesure que les wagons se séparent de la rame poussée en dévalant la butte de l’autre coté. Il a fallu prévoir un système de réglage très fin avec utilisation d’un groupe convertisseur ou « groupe moteur – générateur » en termes d’époque: on a renoncé aux résistances qui, aux basses vitesses, conduiraient à des pertes d’énergie trop importantes.
En 1995, les CC 1100 sont en cours de modernisation par les ateliers de Béziers. Une fois réapparues sur le réseau de la SNCF, on les reconnaît à leur nouvelle cabine, plus vitrée et plus grande, et à leur couleur orange et marron très actuelle. Le groupe « moteur – générateur » a été déposé et remplacé par un convertisseur statique électronique de type TGV-A, assorti d’un ondulateur triphasé et d’un ordinateur de bord type BB 26000 « Sybic »…. ni plus, ni moins ! Le réglage des moteurs se fait donc grâce à une technique très « up to date », mais les bielles, elles, tournent toujours et rappellent étrangement aux cheminots avertis le lointain temps de la vapeur…
Caractéristiques techniques.
Type : CC
Date de construction : 1938
Puissance: 400 kW.
Moteurs: 4.
Transmission: Roue dentée élastique + bielles.
Courant traction: 1500 v continu.
Vitesse maximale en service: 25 km/h.
Diamètre des roues: 1400 mm.
Masse: 90, 4 t.
Longueur totale: 17, 19 m.
Petit album photographique avec quelques autres locomotives à bielles de par le monde.
Moteurs de traction : 6 × 1200 kW = 7200 kW. Masse : 270 t Longueur : 35, 25 m. Vitesse : 75 km/h.
Merci pour ce beau cadeau de Noël. Très intéressant.