L’automotrice à vapeur serait aussi ancienne que le chemin de fer lui-même, puisque, lors du célèbre concours de Rainhill en 1829, un des concurrents présente bien une automotrice, c’est-à-dire un véhicule automoteur directement et seulement destiné au transport des personnes. Il s’agit de la « Novelty » dont la chaudière verticale (caractéristique essentielle que l’ensemble des automotrices à vapeur retiendra ultérieurement) laisse assez de place, sur le plancher, pour l’installation de plusieurs personnes transportées. La « Novelty » roule à 40 km/h avec 10 t, mais échoue au concours car elle ne peut remorquer 40 t à 20 km/h comme demandé par le cahier des charges. Légère, rapide, la « Novelty » est bien une automotrice, pour ne pas dire une draisine, et elle n’est pas une locomotive.
Dès les années 1840 de nombreux inventeurs présentent des projets ou des prototypes d’automotrices rapides. Mais l’essor réel de l’automotrice à vapeur se fera à la fin du XIXe siècle avec le tramway urbain, d’une part, et, d’autre part, les automotrices engagées sur les lignes à voie normale des grands réseaux peu avant l’apparition du moteur diesel.
Aussi paradoxal que cela paraisse, l’autorail à vapeur n’a pas dit son dernier mot dans le courant des années 1930 alors que des centaines d’autorails diesel roulent tous les jours sur l’ensemble du réseau ferré français et donnent satisfaction. Les moteurs à vapeur et les appareils producteurs de vapeur ont fait de très grands progrès depuis la Première Guerre mondiale, et la locomotive à vapeur est à son apogée. Il est donc normal que les autorails à vapeur tirent un certain bénéfice de ces progrès accomplis, et, même, parviennent à se montrer assez compétitifs par rapport aux autorails diesel.
En France, il y a bien des ressources en matière de ce que l’on commence à appeler la « houille blanche », mais les grands barrages et les centrales électriques, tout comme les lignes d’interconnexion et de transport d’électricité à grande distance ne sont pas encore très développés. En attendant le triomphe complet du pétrole dans l’économie d’une France dont la diplomatie s’active à trouver des fournisseurs et des alliés sûrs, le charbon représente encore une valeur sûre. Les ingénieurs des réseaux de chemins de fer français suivent, donc, de très près les progrès faits par d’autres pays dans ce domaine, et les exploits des automotrices (ou autorails) à vapeur Sentinel ne leur sont pas inconnus.
Automotrice à vapeur Purrey PLM : l’autorail avant l’ère.
“Purrey de nous autres !….” disaient les cheminots de l’époque en voyant cet engin qui n’inspirait guère confiance. L’automotrice légère et économique pour lignes secondaires est, pour les réseaux du début de notre siècle, une réponse au problème de la survie du chemin de fer dans les régions que l’on ne disait pas encore « enclavées ». Mais à cet engin polyvalent il manque un élément : le moteur. En attendant un moteur diesel qui révolutionnera la technique de l’autorail durant les années 1930, on fait avec les moyens du bord: la vapeur, une fois encore.
L’aventure de ce fabricant bordelais commence le 14 août 1897 avec les essais d’un tramway à chevaux transformé pour le compte de la Compagnie Générale des Omnibus de Paris, dotée d’une chaudière et d’un moteur à vapeur, d’abord sans voyageurs…. on ne sait jamais. Les essais, satisfaisants, sont suivis d’une commande de 6 autres tramways. D’après la Revue Générale des Chemins de Fer de l’époque, les avantages sont évidents: aucune odeur, aucun bruit, pas de pannes, le seul reproche étant ce que l’on appelle à l’époque le panache – un joli terme oublié depuis, et désignant le nuage de fumée et de vapeur accompagnant les engins.
En 1901 le réseau du PLM passe une commande auprès de Purrey de deux nouvelles automotrices pour un service sans bagages sur lignes secondaires. Les voitures doivent pouvoir transporter 30 à 35 voyageurs assis, dont 8 à 10 en 1re classe, circuler en rampe de 20 pour mille à 20 km/h minimum, rouler en toute stabilité à 60 km/h en palier et en pente, effectuer 60 km sans prendre de charbon et 30 km sans prendre d’eau. L’entreprise Purrey fournit les automotrices qui sont essayées sur la ligne d’Alès à Ardoise et montrent de réelles qualités, notamment sur le plan de l’économie de combustible.
Les automotrices VACf 4.
En 1890 Robatel & Buffaud livre les 4 automotrices type VACf 4 (série 3 à 6), et elles sont pratiquement des trains complets à elles seules: à l’avant un poste de conduite, puis un local pour le chef de train, 4 compartiments de 3e classe, une plate-forme d’accès fermée avec banquette de 1re et de 3ème classe. Le tout est éclairé et chauffé.
Les automotrices font carrière sur des petites lignes du Sud du Massif central, du Jura ou de la Bourgogne, avec ou sans remorques. Elles sont retirées du service vers la fin des années 20 quand apparaissent des autorails à moteur à combustion interne qui sont des véhicules plus commodes à l’usage, démarrant immédiatement, et plus souples pour l’exploitation puisque ne demandant pas de temps d’attente pour la mise en pression ou de temps de nettoyage de la chaudière après chaque service.
Les “Purrey” et les autres : vraiment nécessaires ?
Les lignes secondaires, situées en milieu rural, se révèlent rapidement déficitaires, certaines, même, n’ayant jamais rapporté un sou de bénéfice pour avoir été construites, par promesse électorale, dans des régions sans industries, sans villes, sans voyageurs autres que quelques rares paysans allant au marché le plus rarement possible… C’est le cas de nombreuses lignes de l’Ouest de la France, en Vendée ou en Bretagne, mais aussi sur les hauts plateaux du Massif central, dans les vallées des Alpes. Très vite, dès 1880 ou 1890, les compagnies ont compris que ces petites lignes à voie unique, sinueuses, peu aptes à la vitesse, sont chères à exploiter avec des trains classiques qui demandent du personnel, une locomotive qui consomme, et qui usent les voies en pure perte.
C’est pourquoi, et avant l’automobile, avant le moteur diesel, les compagnies cherchent des solutions du genre train complet dans un seul véhicule, avec une partie locomotive (un moteur à vapeur monté sur un chariot formant bogie), une partie voyageurs, une partie bagages ou marchandises, histoire de faire quand même rouler quelque chose pour répondre à une obligation de service public, mais en n’employant qu’un seul agent et en consommant un minimum. Les fabricants de motrices pour tramways, comme Purrey, proposeront des solutions. Mais ce seront surtout les fabricants d’automobiles, et notamment de camions, qui trouveront la solution avec l’autorail qui s’impose au lendemain de la Première Guerre mondiale. L’automobile, ensuite, se chargera de faire disparaître ces petites lignes.
Caractéristiques techniques
Type: A1
Date de construction : 1905
Moteur: vapeur 4 cylindres compound
Cylindres haute pression: 140 x 200 mm
Cylindres basse pression: 200 x 200 mm
Surface de la grille du foyer: 0,82 m2
Pression de la chaudière: 20 kg/cm2
Capacité: 12 pl (1re classe) + 36 pl (2e classe)
Masse: 27 t
Longueur: 12,4 m
Vitesse: 60 km/h
Les « Cages à poules » entrent en scène en 1901.
Il ne s’agit nullement de transporter des volailles, mais des banlieusards, et dans des conditions, on peut l’espérer, plus confortables. Vers la fin du XIXe siècle règne une mode de l’automotrice à vapeur sur beaucoup de réseaux européens: on en attend beaucoup pour la survie des petites lignes, ou pour de courts services en banlieue. Le Nord les engage sur Paris – Saint-Denis, mais le succès est très moyen : il faut croire que les “djeunes des quartiers” de l’époque n’ont pas encore pris goût à la fumée.
Pourquoi le surnom de « cages à poules » ?
Le conducteur de ces rames est placé au milieu du train, à bord d’une petite locomotive à vapeur. La rame peut ainsi évoluer dans un sens ou dans l’autre, avec redémarrage immédiat dans l’autre sens en fin de parcours. Mais pour donner une vision maximale sur la gauche du train dans le sens de la marche, les ingénieurs pratiquent un décalage des caisses des voitures sur la droite: larges de 2, 41 m seulement, les caisses des voitures n’occupent donc pas toute la largeur disponible qui est de 3, 20 m, et laissent, sur un coté, un espace vide sur lequel on ménage des compartiments grillagés à mi-hauteur permettant d’y loger des bagages.
Ces compartiments, en décrochement par rapport aux caisses, et à toit incliné, évoquent les cages à poules posées au sol contre un mur que l’on trouve dans beaucoup de jardins de la banlieue à l’époque. Il ne s’agit donc nullement d’une allusion à la clientèle féminine des trains de banlieue de l’époque.
Transporter un maximum pour un prix minimum : le rêve, déjà…
Ce sont de pures considérations d’ordre financier qui poussent les compagnies de chemin de fer de la fin du XIXe siècle à s’intéresser à ces automotrices à vapeur, et, pour ce qui est du réseau Nord en France, on estime qu’une politique de petits trains légers et courts peut suffire pour les voyageurs de la banlieue dont, pour le moment, le chemin de fer n’entrevoit nullement l’importance de leur mouvements quotidiens et n’accorde aucun avenir au trafic de la banlieue.
L’automotrice à vapeur est, en fait, une transposition sur la voie ferrée normale des techniques mises au point pour le tramway urbain, et l’on parle bien, à propos des « cages à poules » du Nord, de « trains-tramways ». La présence discrète d’une petite locomotive à 2 essieux montre bien qu’il ne s’agit pas d’un train au sens classique du terme, et prépare le terrain pour les éléments moteurs à pétrole ou électriques, et annonce déjà les rames réversibles.
Construites à partir de 1901 par les ateliers de La Chapelle, les rames sont constituées d’une petite locomotive placée entre 2 voitures à voyageurs, l’une de 1re + 2e classes, l’autre de 3e classe. Le tout roule sur 6 essieux, dont un seul moteur.
La locomotive comporte deux postes de conduite, l’un par sens de marche, disposés dans une cabine centrale surélevée. Le mécanicien se trouve à gauche dans le sens de marche. La chaudière est du type Turgan multitubulaire, formée d’un corps cylindrique de 70 cm de diamètre et d’une longueur de 160 cm, et capable de développer une puissance d’une centaine de chevaux.
La modeste carrière des « cages à poules ».
Formant une première tranche de 3 rames, elles sont capables de rouler à 75 km/h au maximum, et elles ne consomment que 6 à 7 kg de charbon au kilomètre. Les bons résultats des 3 premières rames sur Paris – Saint-Denis conduit le réseau du Nord à en faire construire 8 autres, mais plus puissantes avec 250 ch. estimés, et engagées sur des relations autour de Valenciennes, Creil et Saint-Just-en-Chaussée.
Le parc total comprend donc 11 rames numérotées VV1 à VV11, et elles circulent jusque durant les années 1930, mais après avoir rapidement déserté la banlieue parisienne. Elles furent ferraillées durant la Seconde Guerre mondiale.
Caractéristiques techniques des “Cages à poules”.
Type: rame à élément moteur central
Moteur: 2 cylindres compound
Cylindre haute pression : 195 x 320 mm
Cylindre basse pression : 250 x 320 mm
Pression de la chaudière : 18 kg/cm2
Diamètre des roues motrices : 1, 040 mm
Masse totale : 40 t
Longueur totale : 26, 21 m
Vitesse: 75 km/h
La « Sentinel » : contre quoi ou qui monte-t-elle la garde ?
Sans aucun doute, la « Sentinel » britannique monte la garde sur le dernier bastion de la traction vapeur, alors en plein déclin : l’automotrice. Les automotrices ont d’abord été à vapeur, avant la vogue du Moteur diesel, parce que le moteur à vapeur était le seul disponible. Si un grand nombre de petits constructeurs s’y sont lancés dans l’Europe entière, il semble bien que la firme « Sentinel Waggon Works » de Glasgow ait remporté le plus grand succès dans ce genre éphémère.
La situation des chemins de fer, au lendemain de la première guerre mondiale, est difficile en Europe, et, au Royaume-Uni comme partout ailleurs, les compagnies cherchent une solution économique pour maintenir un service voyageurs minimum sur des petites lignes qu’elles s’apprêtent à fermer tôt ou tard. L’automotrice, c’est-à-dire une voiture à voyageurs circulant seule, est une solution parce qu’elle coûte bien moins cher à construire et à mettre en exploiter qu’un train complet avec sa locomotive, son équipe de conduite à deux hommes, ses voitures, son fourgon, son personnel d’accompagnement. Un marché est ouvert et divers constructeurs de matériel ferroviaire ou d’automobiles s’y intéressent.
Les deux écossais Alley & Mac Lellan fondent la « Sentinel Waggon Works » en 1876 près de Glasgow, et ils installent ensuite leur firme à Shrewsbury, près de Birmingham. C’est ainsi qu’ils apportent avec eux un long passé de constructeurs de machines à vapeur de marine, mais aussi de tracteurs routiers et de camions à vapeur. Tous ces véhicules sont assez répandus, au Royaume-Uni, au début de ce siècle: dans ce pays industriel avide de motorisation, la firme a pu vendre plus de 10 000 camions à vapeur avant de se lancer dans la construction ferroviaire. En 1923, ils sont prêts pour la grande aventure.
Un « semi-remorque » ferroviaire !
La conception des autorails « Sentinel » est très astucieuse: il s’agit, en fait, d’un véhicule « semi-remorque » à la manière des camions actuels, comprenant un tracteur à deux essieux muni de son moteur, et d’une remorque qui prend appui sur le tracteur, d’une part, et, d’autre part, sur ses propres roues qui sont un bogie disposé à l’extrémité opposée.
Cette conception permettait, pensait-on, de faciliter les opérations d’entretien par séparation rapide du tracteur de la remorque, mais elle ne sera pas reprise sur l’intégralité de la production ultérieure. Outre le Royaume Uni, des Sentinel sont vendues dans le monde entier: la France, Jersey, la Belgique, le Danemark, la Roumanie, l’Inde, Ceylan, l’Afrique du Sud, la Nouvelle-Zélande, l’Egypte, le Nigeria en ont acheté.
La « Pioneer » et ses descendants.
Le premier modèle du genre, la « Pioneer », sort en 1923. Dotée d’un moteur à double cylindre horizontal et simple expansion et d’une chaudière verticale à tubes entrecroisés, le véhicule fonctionne très bien, en silence, et offrant le confort d’une voiture voyageurs classique. Roulant à 65 km/h en service, la « Pioneer » est économique et ne demande que 1 kg de charbon au kilomètre, en dépit d’un service sur une ligne au tracé difficile et comportant de nombreux arrêts. Le succès est tel que l’on compte jusqu’à 130 voyageurs entassés tant bien que mal, alors que le nombre de places prévues est de 84…
Les réseaux anglais, et surtout le LNER, s’intéressent à ces autorails qui prendront vite le nom de « Sentinel ». Environ 206 autorails seront produits jusqu’à la guerre et vendus à une cinquantaine de réseaux, dont celui de Roumanie, de Ceylan, de Belgique, d’Egypte, du Nigeria, etc…. Et même le réseau français du Paris-Orléans, bien que les ingénieurs français aient été très allergiques au matériel ferroviaire britannique, met en service une « Sentinel » en 1925, construite sous licence à Bordeaux, et engagée sur la ligne Bordeaux-Eymet, puis Guéret-La Châtre. Le réseau français du Nord, lui aussi, passe commande d’un engin en 1933, mais en reste là, les autorails à moteur Diesel étant devenus très performants et économiques.
Une conduite toutefois guère économique…. dans un sens !
Un des problèmes, toutefois, est le chargement de la chaudière: un silo à chute de charbon, chargé par la toiture, alimente le foyer par un système à vis sans fin commandé par un volant que le mécanicien doit tourner si besoin est. Mais quand l’autorail fonctionne en marche arrière, le mécanicien prenant naturellement place dans la deuxième cabine de conduite située à l’autre extrémité de la remorque, plus personne n’est là pour surveiller le feu et actionner le volant, à moins que la compagnie ne prévoit un second agent -solution qui, évidemment, ruine tout avantage financier apporté par l’autorail. Finalement, pour de nombreuses raisons, les « Sentinel » ne survivront guère après les années 40, même pour ce qui est des dernières versions type « Nettle » du LNER qui sont très performants.
Un exemple d’aventure internationale : l’exemple français.
Le réseau français du Chemin de fer de Paris à Orléans se laisse, à son tour, gagner par la mode de l’automotrice à vapeur venue du Royaume Uni dans la mesure où les automotrices Purrey donnent satisfaction, mais manquent de puissance. Le PO se décide à commander une automotrice, à titre d’essai, à la désormais célèbre firme Sentinel Waggon Works Ltd de Shrewsbury. Le réseau français du Paris-Orléans met en service une Sentinel en mars 1925, construite sous licence à Bordeaux, et engagée à titre d’essai sur la ligne Bordeaux-Eymet, puis Argenton-La Châtre, et elle fait enfin sa carrière sur la ligne Guéret-La Châtre, une ligne difficile à profil sévère avec des rampes de 25 pour mille.
L’automotrice roule sans incidents, et elle est capable de parcourir environ 40 000 km par an en service régulier. Mais elle est lourde, peu puissante, et, de ce fait, les performances restent très modestes, avec une vitesse de 30 km/h environ en rampe de 15 pour mille seulement, et 40 km/h en rampe de 5 pour mille. La capacité est souvent insuffisante les jours de pointe et il faudrait adjoindre une remorque, chose pourtant peu envisageable au vu des faibles vitesses atteintes par l’automotrice seule. Pourtant l’automotrice est très économique avec une consommation de charbon ne dépassant pas 4,5 kg par kilomètre.
L’automotrice Sentinel du PO, seule dans son genre sur le réseau, est abandonnée en 1939, après seulement 13 années de carrière sur le réseau. Cette même année voit aussi la réforme des trois automotrices à vapeur Purrey que le réseau exploite depuis 1905. La page de l’automotrice à vapeur est tournée. En effet le moteur diesel léger et rapide a fait de tels progrès au milieu des années 1930 qu’il apparaît désormais comme étant le seul type de moteur rentable pour les autorails, garantissant des performances et une fiabilité remarquables, et, surtout, un rendement supérieur de l’ordre du tiers par rapport à celui des automotrices à vapeur. Il est à noter que le réseau français du Nord fera une ultime tentative en 1935 avec une très intéressante automotrice Sentinel d’une puissance de 150 ch.
Caractéristiques techniques du modèle britannique :
Type : automotrice à vapeur
Date de construction : 1923
Puissance: 125 ch.
Moteur: 6 cylindres simple expansion.
Cylindres: 152 x 178 mm.
Masse: 40 t.
Longueur: 21 m.
Capacité: 59 places.
Vitesse maximale: 100 km/h.
Caractéristiques techniques du modèle français :
Type: automotrice B2
Année de construction : 1925
Moteur: 2 cylindres simple expansion
Cylindres: 171 x 229 mm
Puissance: 120 ch
Masse: 24 t
Longueur: 18,75 m
Capacité: 40 places
Vitesse maximale: 85 km/h
L’ autorail à vapeur du Nord français.
C’est vers la fin de 1933 que la compagnie du Nord commande, auprès des Ateliers du Nord de la France (usine de Crespin – Blanc-Misseron) un autorail à vapeur prototype donné pour développer 300 ch. La firme acquiert la licence Sentinel et importe du Royaume-Uni la chaudière et les deux moteurs Sentinel à six cylindres et à simple expansion, disposés sous le plancher, et entraînant les essieux extrêmes de chaque bogie par une transmission à cardans et des ponts de renvoi. Capables de fournir, au démarrage et à l’accélération, un couple très important et de l’ordre du double de celui des moteurs diesel de l’époque, ces moteurs demandent une chaudière puissante capable de produire 3,6 tonnes de vapeur à l’heure et à une température de 400°.
Mais la chauffe est faite au mazout, et non au charbon. Les raisons de ce choix sont la conduite à un seul agent grâce à l’automaticité du fonctionnement, puisqu’il n’y a pas de foyer à charger et de feu à conduire : les brûleurs Wallsend, à soupape automatique, vaporisent le mazout avec de la vapeur prélevée sur la chaudière et en fonction de la demande de puissance des moteurs. Des cellules photoélectriques contrôlent la flamme et, en cas d’extinction, coupent l’alimentation en mazout. La pompe d’alimentation en eau de la chaudière est, elle aussi, entièrement automatique, et travaille en action continue et à une vitesse variable. Ce système est une création des ANF, mais, vers 1937 et après plusieurs dizaines de milliers de kilomètres, il est déposé et remplacé par la chauffe au charbon. La caisse reçoit une soute à charbon, et, bien entendu, il faut un chauffeur.
La caisse de l’autorail est d’un aspect très moderne, inspiré des voitures métalliques du Nord. Longue de 22,5 m, elle comporte un poste de conduite à chaque extrémité, un compartiment à bagages, une grande porte d’accès par face latérale et construite en retrait dans le style des voitures de banlieue Nord, et donnant sur une plateforme centrale. La voiture transporte 56 voyageurs, répartis dans deux salles de part et d’autre de la plateforme centrale.
Numérotée ZZ-19 puis ZZ-NF 1001-2, elle est affectée au dépôt de Compiègne pour le service omnibus et de banlieue sur les lignes partant de la ville. Le service effectué est satisfaisant, mais la Seconde Guerre mondiale et le manque de pièces détachées pour les moteurs paralysent toute activité. Au lendemain de la guerre, l’autorail poursuit une courte carrière pour le compte du réseau du Bassin du Nord et du Pas de Calais (HBNPC) avec le transport des mineurs.
La commande du réseau de l’Est.
En 1935 ce réseau commande deux autorails proches du type Sentinel anglais en constatant le succès de ce type d’autorail outre-Manche, mis en confiance aussi par une commande d’un autorail passé par le réseau français du Nord.
Les moteurs et la chaudière à vapeur chauffée au fuel sont du système inventé par les frères américains Doble, et ils sont construits par la firme anglaise Sentinel, à Shrewsbury qui en a acquis les brevets. Cette chaudière peut produire 1300 litres de vapeur par heure, et à une pression très élevée de 80 kg/cm2, soit quatre fois celle des locomotives les plus performantes de l’époque. Cette pression est atteinte en quelques minutes. Chaque essieu a son moteur. Ces équipements sont expédiés aux Ateliers du Nord de la France (ANF) installés à Crespin, et ils sont montés dans les deux autorails en cours de construction.
Si ce n’était le mode de traction, ces autorails ont un agencement très classique, avec une grande salle centrale confortable, un compartiment à bagages et deux cabines de conduite. Lors des essais de 1936, les autorails prouvent leur souplesse et leur puissance, et peuvent accepter des remorques. Mais des difficultés de réglage des systèmes de régulation automatique des chaudières allongent indéfiniment les délais de livraison jusqu’en 1939. Garés à Noisy-le-Sec, les deux autorails sont endommagés par la guerre, et réformés vers 1948 d’après le regretté auteur spécialisé Yves Broncard.
Caractéristiques techniques ZZ NZ-1101-2 Nord
Type: A1-1A
Date de construction : 1933
Moteurs: 2 à 6 cylindres simple expansion
Cylindres haute pression: 152 x 178 mm
Puissance : 150 ch.
Puissance totale: 300 ch.
Capacité: 56 places assises 3e cl.
Masse: 50,7 t
Longueur: 22,5 m
Vitesse: 85 km/h
Caractéristiques techniques ZZ 60550 Est
Type: BB
Date de construction : 1935
Moteurs: 4 à 2 cylindres compound
Cylindres haute pression: 101 x 178 mm
Cylindres basse pression: 152 x 178 mm
Puissance: 100 ch
Puissance totale: 400 ch
Capacité: 59 places assises 1re et 2e cl.
Masse: 48 t
Longueur: 23, 44 m
Vitesse: 115 km/h
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