Cette très intéressante locomotive a été surnommée la « Mucca » (la vache) par les cheminots italiens : l’origine du surnom vient de ce que la locomotive, haute et ronde, est suivie par un tender plus bas et rond, donnant l’impression d’une vache suivie par son veau… La locomotive crée la sensation à l’Exposition Universelle de 1900. Elle est même essayée par le réseau français de l’Ouest qui lui trouve des qualités certaines. Mais, comme toutes les locomotives exceptionnelles, elle ne fait pas souche. Il faut dire que cette locomotive n’inspire guère confiance, elle qui semble avoir été faite à l’envers, tête-bêche, avec sa cabine de conduite à l’avant, sa cheminée à l’arrière, et son tender qui suit le tout sans conviction. Et pourtant, plusieurs réseaux européens ou américains se remettront à essayer cette formule, comme si, dans un désir de modernité, on ne voulait plus de ces locomotives « aveugles » parce que conduites par une équipe qui ne regardait pas devant elle, qui fumaient de l’avant et se conduisaient de l’arrière. Bref, il fallait que les locomotives à vapeur ressemblent à des locomotives électriques ou diesel, déjà triomphantes.
Les locomotives à l’envers, avec leur cabine de conduite passant de l’arrière à l’avant et leur cheminée de l’avant à l’arrière, ont souvent été essayées : l’histoire de la locomotive à vapeur ne manque pas de tentatives, dont certaines ont été couronnées de succès, si l’on songe aux fameuses « Cab forward » des Etats-Unis.
Mais pourquoi faire à l’envers ce que les autres font si bien avec les choses normalement à leur place ? Il est certain que les ingénieurs qui ont dessiné cette locomotive n’ont pas agi par caprice ou pour le seul plaisir de se faire remarquer.
Les raisons logiques pour faire du laid.
La raison de ce choix est, comme il est souvent de règle pour les techniques, une succession de contraintes en chaîne. À l’origine, c’est l’immuable nécessité d’augmenter la puissance des locomotives qui n’a cessé s’accompagner toute leur histoire. Augmenter la puissance, pour répondre à la demande croissante de transport, c’est donc surdimensionner le foyer, car c’est du foyer que part toute la puissance de la locomotive, où se génère la quantité de vapeur.
Or la présence de roues motrices de grand diamètre est une gêne pour loger le foyer. En plaçant le foyer au-dessus des essieux porteurs, on a toute la largeur du châssis pour ce faire, mais cette solution demande d’allonger la locomotive vers l’arrière, donc de la rendre plus lourde, avec un essieu porteur arrière (type 231, par exemple), ce qui n’est pas indiqué pour les lignes à faible charge du « Rete Adriatica ».
Pour conserver une locomotive courte, de type 230, les ingénieurs italiens inversent donc la locomotive, et, sur le bogie avant, disposent le foyer et l’abri de conduite. En outre, pensent-ils, l’équipe de conduite aura une meilleure vision et ne sera pas enfumée dans les nombreux tunnels de la ligne reliant Milan à Rome.
Une cabine qui intrigue, et scandalise même.
Présentée à l’Exposition Universelle de Paris en 1900, la première « Mucca » porte le numéro 3701. La cabine avant créé la sensation et entraîne des polémiques parmi les ingénieurs des différents réseaux européens. Et pourtant, dès les débuts des chemins de fer, les émissions de fumée et de gaz toxiques lors des parcours en tunnel ont posé des problèmes, et le savant français Arago, durant les années 1830, attire l’attention des pouvoirs publics sur le danger.
Si encore les voyageurs peuvent fermer les fenêtres, les équipes de conduite souffrent, et cela devient infernal si le tunnel est long et s’il est en rampe, la locomotive alors fournissant un effort maximal. Vers la fin du siècle, on équipe les plates-formes de conduite d’appareils respirateurs, des masques reliés à des bouteilles d’oxygène. Cette solution n’est guère satisfaisante et aucune autre solution n’est trouvée.
La cabine avant de la « Mucca » pose le problème du chargement du foyer. Il n’est pas question, pour le chauffeur, de courir le long de la locomotive sur une coursive, pelle en mains, et d’aller chercher le charbon dans le tender qui est à l’arrière. Ainsi le tender ne peut que porter l’eau, alimentant la chaudière par une pompe et des raccordements souples. Le charbon doit être à la portée immédiate du chauffeur, et il est logé dans des malcommodes soutes latérales donnant dans l’abri de conduite : cette disposition laisse sceptique les ingénieurs, et ne plaide guère, elle non plus, pour la cabine à l’avant.
Les essais sur le réseau français de l’« Ouest ».
Ce réseau, qui possède un parc de locomotives type 230 et compte l’augmenter, demande la permission de garder la « Mucca » après l’exposition : l’ingénieur italien Agazzi se montre coopérant, et la locomotive est essayée comparativement avec une 230 et une 220 classiques du réseau, ceci entre le 18 Décembre 1900 et le 30 Janvier 1901, et sur les lignes Paris-Le Mans, Paris-Evreux et Paris-Rouen.
Neuve, la locomotive doit être rodée avant de donner sa pleine mesure. Elle est donc longuement essayée. Elle se montre très stable, douce au roulement, facile à conduire. Elle est très puissante pour son poids réduit, elle démarre franchement, mais elle consomme plus que ses consoeurs à puissance égale. Elle peut remorquer un train de voyageurs de 10 voitures, pesant 130 tonnes, à 126 km/h, chose remarquable pour l’époque.
La disposition en ligne des quatre cylindres est une nouveauté appréciée des ingénieurs : disposés au-delà des dernières roues accouplées, ils attaquent le même essieu moteur, et un unique tiroir commande deux cylindres d’un même groupe. Le mécanisme est donc plus simple, plus léger, tout en permettant aux quatre cylindres de donner leur pleine puissance.
Un succès mitigé en France.
Les ingénieurs du réseau de l’« Ouest »français, comme ceux du « Rete Adriatica » par la suite sans doute, estiment que cette cabine de conduite avancée n’est pas commode pour le chauffeur. En effet, il tourne le dos au sens de la marche, et ne participe que difficilement aux autres tâches habituellement partagées avec le conducteur, comme l’observation des signaux. Les deux hommes, dos à dos, se gênent mutuellement.
En outre les ingénieurs estiment que la disposition classique avec une cabine à l’arrière de la locomotive permet à l’équipe de conduite de mieux surveiller le mécanisme de la locomotive par la vue, l’ouïe, et même, surtout, l’odorat en cas de « chauffages » de boîtes d’essieux ou de bielles : en effet, une odeur de métal chaud annonce immédiatement aux équipes de conduite cet incident fort redouté et permet souvent de l’éviter juste à temps.
La série italienne, de son côté, se composera, en fin de compte, de 16 locomotives qui durent recevoir de nombreuses modifications en service, notamment au niveau de l’accès aux soutes à charbon. La « Cab forward » italienne, en fin de compte, ne fut pas un succès, contrairement à sa sœur américaine qui, elle, est chauffée au fuel et n’impose aucun accès à une soute.
Caractéristiques techniques.
Type : 230
Date de construction : 1900
Moteur : 4 cylindres compound
Diamètre des cylindres haute pression : 380 mm
Diamètre des cylindres basse pression : 750 mm
Course des pistons : 650 mm
Diamètre des roues motrices : 1940 mm
Diamètre des roues porteuses : 1115 mm
Surface de la grille du foyer : 3 m2
Surface totale de chauffe : 167 m2
Pression de la chaudière : 15 kg/cm2
Contenance des soutes à charbon : 7 t
Contenance en eau du tender : 20 t
Masse de la locomotive : 66, 5 t
Masse du tender : 14 t
Longueur de la locomotive : 13, 080 m
Longueur du tender : 10, 510 m
Vitesse : 130 km/h
La « Cab forward », les raisons d’un succès, mais aux USA.
La compagnie du « Southern Pacific » exploite, aux USA, un certain nombre de lignes franchissant la barrière de la Sierra Nevada, principalement entre Sacramento et Sparks sur la grande ligne transcontinentale reliant San-Francisco à Salt Lake City et à Chicago. La section Sacramento-Sparks est en pleine montagne et de nombreux tunnels se succèdent, complétés par des tunnels pare-avalanches ou pare-neige. Les rampes sont de 25 pour 1000 et les trains de marchandises sont immenses, interminables, pesant des milliers de tonnes. Il faut, à partir du début de notre siècle, des locomotives encore plus puissantes et il en faut plusieurs par train. On ne peut grouper les locomotives en tête du train, car l’effort sur le premier wagon serait trop important: on répartit les locomotives sur toute la longueur du train, une locomotive tous les 30 wagons environ. Dans les tunnels, les équipes de conduite respirent les fumées de toutes les locomotives qui précèdent la leur.
En 1928 la « Southern Pacific » reçoit ses premières « Cab forward » (= cabine à l’avant), construites chez Baldwin. La locomotive s’avère excellente, et une série de 195 machines sera construite jusqu’en 1944. La conception de ces machines repose sur deux principes : assez de puissance pour être seules en tête des trains et une équipe de conduite totalement à l’avant de la machine. Ainsi les fumées rejetées restent en arrière dans le tunnel et ne passent plus par-dessus la cabine de conduite. La chauffe au fuel permet, en outre, le report sans problème du tender à l’autre extrémité de la locomotive puisque l’alimentation du foyer se fait par une pompe et des raccordements souples.
Caractéristiques techniques.
Type : 2-4-4-1 système Mallet.
Année de construction : 1928
Moteur : 4 cylindres simple expansion.
Cylindres : 609 × 812 mm.
Diamètre des roues motrices : 1600 mm.
Pression de la chaudière : 17 kg/cm2.
Masse : 215 t.
Vitesse : 90 km/h.
La « Leader » : une « vache » anglaise ?
Il existe parfois des accidents curieux dans l’histoire des techniques, et l’aventure de la locomotive anglaise « Leader » en est un. Comment se fait-il qu’un ingénieur aussi remarquable et expérimenté que Bulleid se soit lancé dans une telle extravagance, concevant et s’entêtant à faire marcher une locomotive dont, à sa simple vue, on comprenait d’emblée qu’elle ne ferait qu’ajouter des problèmes à ceux qu’elle devait résoudre ?
Le « Chief Mechanical Engineer » est un personnage essentiel des chemins de fer britanniques : il est le responsable de la création du matériel de traction, et c’est donc sur ses épaules que repose toute la politique de traction d’un réseau entier. Lorsque Oliver Bulleid est nommé à ce poste pour le réseau du « Southern Railway » en 1937, sa doctrine est celle du rendement : la meilleure locomotive est celle qui coûte le moins, et que, demandant peu à son équipe, elle coûtera d’autant moins en frais de formation du personnel et en frais de conduite, et que, se contentant de charbon de mauvaise qualité, elle coûtera d’autant moins en frais de combustible. Il engagera le « Southern Railway » dans une politique de locomotives économiques, mais sera-ce, en fin de compte, un choix rentable ?
Bulleid, en cela, sort des sentiers battus. Les grands ingénieurs de l’époque pensent plutôt en termes de perfection technique à tout prix, et de performances avant tout, la conception des locomotives étant avant tout l’expression d’un art accompli, celui de l’ingénieur qui crée la perfection technique la plus durable.
Un cahier des charges ambitieux et sévère.
C’est dans une séance de la très célèbre et très ancienne « Institution of Mechanical Engineers », de Londres, dont Bulleid est le président d’alors, que, en 1946, apparait le projet de la « Leader ». La nouvelle locomotive doit répondre à un cahier des charges sévère : circuler sur l’ensemble des lignes du « Southern Railway », remorquer tous les trains possibles à une vitesse de plus de 140 km/h (90 mph), être à adhérence totale (donc sans essieux porteurs ni tender), circuler dans les deux sens en offrant les mêmes performances et conditions de conduite, être rapidement mise en service, être disponible en permanence, être utilisable dans toutes les conditions, parcourir au moins 160 000 km entre deux passages en atelier, ne pas user les voies, être économique.
Bulleid a parfaitement défini la locomotive idéale, mais il ne sait pas encore que la locomotive électrique seule remplira ce cahier des charges, point par point. Pourtant, en juin 1949, la première des cinq prototypes prévus sort des ateliers et commence aussitôt des essais intensifs. Bulleid sait qu’il doit aller vite, car la nationalisation intervenue en 1948 ne laissera que peu de chances à la traction vapeur. La locomotive comporte deux bogies de trois essieux, actionnés par trois cylindres attaquant directement un essieu coudé en forme de vilebrequin, et réuni aux deux autres essieux du bogie par des chaînes et des roues dentées. La caisse est assez moderne, et comporte une cabine de conduite à chaque extrémité. Le chauffeur, par contre, est prisonnier dans une cabine centrale, d’où il conduit le feu, mais dans des conditions qui s’avèreront vite étouffantes et éprouvantes malgré l’ouverture en grand des fenêtres et des portes….
Dès le 19 novembre 1949, les « British Railways » demandent l’arrêt des essais devant les nombreuses pannes, et décommandent les quatre autres prototypes alors en cours de construction, et annulent la commande de la série de 30 locomotives prévue. En 1950, Bulleid parvient à obtenir d’autres essais, mais ceux-ci sont aussi mauvais : les engrenages et les chaînes donnent bien des soucis et le chauffeur semble produire plus de vapeur par sa transpiration que la chaudière semble en donner ! La locomotive est ferraillée en 1951, sans avoir, malheureusement, été préservée pour un musée.
Caractéristiques Techniques
Type : 030+030T
Moteur : 2 × 3 cylindres
Cylindres : 304.8 × 381 mm
Diamètre des roues motrices : 1524 mm
Masse : 112,5 t
Longueur : 20,42 m
La « S9» : la « vache » allemande ?
L’Allemagne du début du siècle veut des trains très rapides et se passionne pour la vitesse. La locomotive à vapeur est mise au défi de changer complètement, d’aller jusqu’au bout de ses possibilités, et les essais de 1903, avec une automotrice électrique roulant à 210,2 km/h entre Marienfeld et Zossen, apparaissent comme un défi pour les ingénieurs des firmes constructrices de locomotives à vapeur. Un concours est lancé et le projet de l’ingénieur en chef de la firme Henschel, un certain Kuhn, est retenu pour la construction d’un prototype.
Une automotrice électrique gagne le concours de grande vitesse de 1902-1903 en roulant sur la ligne de Marienfelde à Zossen, et à la vitesse record de 210,2 km/h qui est fantastique pour l’époque. Les ingénieurs de la traction vapeur ne veulent pas s’avouer battus pour autant et l’Union des Ingénieurs-Mécaniciens d’Allemagne tient à ce que les choses n’en restent pas là. En effet, il faut comprendre que, à l’époque, la traction électrique n’apparaît nullement comme mûre et relève plutôt de la curiosité de laboratoire ou du rêve de physicien…Les systèmes d’alimentation électrique tout comme les moteurs de traction ne peuvent donner les importantes puissances nécessaires à la traction de trains rapides et lourds et sur de longues distances. La vapeur a donc encore de beaux jours devant, pensent ses ingénieurs, et il faut la perfectionner. Personne ne soupçonne que, dans deux ou trois décennies à peine et au terme de progrès foudroyants, la traction électrique va triompher d’une manière définitive et éliminer la traction à vapeur.
Pour le moment, rien ne laisse prévoir cette évolution future. La traction électrique n’a ni locomotive ni installations fixes d’alimentation. L’automotrice du record à 210,2 km/h se présente bien comme une sorte de tramway, certes évolué et plus puissant que le modèle urbain classique de l’époque, mais incapable de remorquer un train de grandes lignes. Elle ne circule que sous une caténaire expérimentale composée de supports latéraux et d’une nappe de trois fils à la verticale, solution qui ne peut être transposée sur un réseau ferré normal, car inapplicable au-dessus du premier appareil de voie venu. La traction électrique semble promise au domaine du tramway ou des lignes de montagne à crémaillère.
Le projet Kuhn.
Il répond au cahier des charges du concours : la remorque d’un train de 180 t à 120 km/h en régime continu et à 150 km/h en vitesse de pointe. La locomotive « S9 » proposée par Kuhn, type S9, est construite à deux exemplaires. C’est une 222 dotée d’un moteur compound à trois cylindres égaux, selon une technique utilisée à l’époque pour les locomotives de vitesse, mais à ceci près que les manivelles des cylindres basse pression précèdent celle du cylindre haute pression avec un angle de 90° : cette caractéristique ne manque pas de poser de graves problèmes d’instabilité de la locomotive aux grandes vitesses. Les problèmes furent résolus en décalant les manivelles pour que les deux manivelles basse pression soient symétriquement en avance et en retard de 45° par rapport à la manivelle haute pression. Toutefois, le coût de la transformation, qui revenait à une reconstruction du mouvement, la réduisit à une application effective sur une seule des deux machines prototypes.
Une autre particularité des deux locomotives « S9 » de Kuhn est la cabine reportée complètement à l’avant de la locomotive, ceci dans le cadre d’un carénage intégral. Le conducteur gagne, certes, en matière de visibilité puisque se trouvant devant le lieu d’évacuation des fumées. Par contre l’équipe de conduite perd en …. convivialité, puisque le chauffeur se doit de rester entre la locomotive et son tender, près de son foyer, seul à l’arrière de la locomotive. Le tender comporte un couloir latéral permettant l’accès à la locomotive depuis le train, ceci pour les changements d’équipe de conduite en cours de route.
Les essais de 1904.
Ils sont entrepris, aussi sur la ligne de Marienfeld à Zossen, entre les mois de janvier et d’avril, par le réseau dit de Prusse – Hesse. Une demi-douzaine de locomotives allemandes sont essayées, plus une Atlantic française.
La locomotive expérimentale Kuhn se montre, malheureusement, incapable de performances en rapport avec ses caractéristiques et un train de 221 tonnes atteint, d’une manière décevante, exactement la vitesse de 128 km/h. Le train de trois voitures, pesant 109 tonnes, n’a pas dépassé 137 km/h. La locomotive de Kuhn présente exactement les mêmes mouvements parasites de « recul » à 115 km/h, mais, dans l’ensemble, sa marche est beaucoup plus douce.
En outre, il est à signaler que la machine française, l’ « Atlantic » N°2641 compound type de Glehn et la locomotive allemande type « S7 » de Von Borries ont été également essayées et ont atteint, sans remorquer de train, les vitesses de 130 km/h et 143 km/h, qui sont des chiffres très inférieurs à leurs possibilités.
Enfin, le 30 avril 1904, en Allemagne, sur la section d’Offenburg à Grinburg, une belle locomotive Atlantic de l’État de Bade, remorquant quatre voitures, soit 138 tonnes, a parcouru 62,9 km en 32 mn à la vitesse moyenne de 116 km/h en développant une puissance estimée à 1640 ch, la vitesse de pleine marche ayant oscillé entre 120 et 144 km/h. C’est une locomotive compound à quatre cylindres en batterie, construite par Maffei à Munich, timbrée à 14 kg/cm², avec une boîte à feu débordante, une grille de 3,87 m2 et des roues motrices de 2100 mm, des cylindres de 335 et 570 X 620 mm, pesant 74 tonnes en charge. Le projet Kuhn en resta là, et les deux locomotives « S9 » reprirent un aspect classique avec cabine de conduite à l’arrière, et firent un service tout aussi classique sur le réseau de Prusse-Hesse.
Caractéristiques techniques
Type : 222
Date de construction : 1902
Moteur : 3 cylindres compound
Cylindres : 524 × 630
Diamètre des roues motrices : 2200 mm
Pression de la chaudière : 14 kg/cm²
Surface de la grille du foyer : 4,39 m²
Masse : 89 t
Longueur : 11,48 m
La 230 E 93 à chaudière Velox : une « vache » française ?
Parfois, les ingénieurs, après avoir tout essayé, pensent à de nouvelles solutions et refont la locomotive. À sa création en 1938, la SNCF trouve, dans son fonds, quatre locomotives non conventionnelles en cours de construction intégrale, ou obtenues par modification de machines classiques déjà existantes. Le très curieuse 230 E 93 à chaudière « Velox » fait partie du nombre, mais, comme ses trois consœurs, sera victime de sa différence et ne fera pas carrière, en dépit de résultats très prometteurs, d’une puissance accrue, et d’une grande économie en fuel.
Si les trois autres locomotives non conventionnelles le sont au niveau du moteur, la 230 E, elle, est axée sur la production de la vapeur. C’est la 230-B-93 de l’ancien PLM dotée d’une chaudière « Velox » et d’un carénage avec cabine de conduite placée à l’avant. Ce type de chaudière est issu du monde de la marine et comprend des vaporisateurs placés à la périphérie d’un foyer brûlant du mazout. La vapeur, surchauffée, gagne les cylindres par de très larges tubulures et s’échappe directement sans agir sur le tirage du foyer. Le tirage est assuré par air comprimé à la pompe.
Essayée en tête de trains de divers types, la 230-E-93 démontre un gain de puissance de 35 % à 120 km/h dû au rendement propre de la chaudière « Velox ». En outre cette chaudière permet une mise en service rapide de la locomotive en moins de 30 minutes contre plusieurs heures pour une locomotive classique. Mais, comme pour les 3 autres locomotives non conventionnelles de la SNCF, la 230 E connaît rapidement l’échec et l’oubli du fait de problèmes de maintenance, du fait aussi de la difficile intégration, dans le monde du chemin de fer, de techniques issues d’ailleurs et parfois mal transposées.
Par rapport à la 230-B d’origine, la 230-E-93 est plus puissante avec 1.800 ch contre 1.100 ch avant les transformations. Mais, surtout, elle consomme très peu, remorquant entre Paris et Dijon des trains de 400 ou 500 t dans le roulement des Pacific, et en prime avec un gain de 13 % par rapport aux machines classiques à fuel ou de 37 % par rapport aux machines à charbon. Le gain est plus important aux grandes vitesses. La pression de 20 kg/cm² est atteinte en 20 min seulement, contre 2 à 3 h avec une chaudière classique. Ce sont bien les difficultés d’entretien et la complexité de la chaudière « Velox » qui ont, tout compte fait, empêché sa généralisation. C’est dommage.
CARACTÉRISTIQUES TECHNIQUES
Type : 230
Date de reconstruction : 1939
Moteur : 4 cylindres compound
Cylindres haute pression : 340 × 650 mm
Cylindres basse pression : 560 × 620 mm
Pression de la chaudière : 20 kg/cm²
Diamètre des roues motrices : 2000 mm
Diamètre des roues porteuses : 1000 mm
Masse : 73 t
Longueur : 12,03 m.
Contenance du tender en eau : 20 t
Contenance du tender en charbon : 5 t
Masse en charge : 45 t
Longueur : 8, 9 m
Longueur totale : 20,24 m.
Masse totale : 118 t
Vitesse : 120 km/h
D’autres « cabines avancées » en France, sur les petits réseaux départementaux.
Quelques-uns des nombreux réseaux départementaux en voie métrique français ont utilisé des petites locomotives-tender inversées, dont la cabine de conduite était donc à l’avant. Le mécanicien fait face directement à la situation, tournant le dos à la locomotive et à son train. C’est possible sur de courtes distances, et avec un peu de charbon disposé à proximité du foyer, souvent sur le plancher dans la cabine de conduite, ou sur la boîte à feu du foyer, presque à portée de main, moyennant quelques acrobaties.
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