La Ae 8/14 : une « Big Boy » électrique pour le Saint-Gothard ?

Comme les 4/4 à Paris, au grand désespoir de Madame la Maire, c’est le type 4/4 qui domine en Suisse, mais du moins pour ce qui concerne les locomotives. Notons, pour être clairs et exacts, que 4/4 veut bien dire «4 essieux moteurs sur 4 au total » et les gens qui écrivent « 4×4 » pour des automobiles font une double erreur couramment répandue, confondant les roues et les essieux, d’une part, et, d’autre part, ajoutant le signe « x » qui est une multiplication, et surtout dans la littérature automobile : non, les dites « 4×4 » qui roulent trop dans Paris n’ont pas 16 roues…

Oui, la locomotive type 4/4 est, avec le type 6/6, le plus courant dans l’histoire de la locomotive suisse. Notons que ce que les cheminots Suisses appellent une locomotive 4/4 ou 6/6 sont des BB ou des CC au-delà de leurs frontières aux belles cimes enneigées.

Cependant, la hardiesse bien connue des ingénieurs helvétiques est allée jusqu’à oser le type 8/14, avec, donc, 8 essieux moteurs sur 16 essieux en tout (Madame la Maire est évacuée sur un brancard). Nous sommes dans les années 1930. Pesant plus de 235 tonnes, c’est tout simplement la plus puissante locomotive du monde à l’époque, et, pour une fois, cette locomotive gigantesque n’est pas américaine, mais suisse ! Pourquoi donc les Chemins de Fer Fédéraux ont-ils construit, pour l’emblématique ligne du Saint-Gothard, cette locomotive aussi énorme ? Et, puisque nous sommes dans les questions, tout compte fait, est-elle vraiment la plus puissante du monde, si l’on sait que cette locomotive est, en fait, formée de deux locomotives ?

Située au cœur de l’Europe et ne voulant, pour rien au monde, être tenue à l’écart des courants commerciaux et de la forte demande de transport qui s’établit à partir du XIXe siècle, la Suisse s’organise pour ne pas être un pays isolé et entouré de montagnes faisant un obstacle. Lucidement et courageusement, au contraire, la Suisse se veut un carrefour incontournable, au sens physique même du mot, pour tout ce qui transitera entre l’Europe du nord et du sud.

Courageusement, donc et avec un rare esprit d’entreprise, la Suisse investit massivement dans son domaine ferroviaire, puisque, à partir des années 1840, il est clairement établi que c’est au chemin de fer que reviendra le rôle exclusif de faire ou de ne pas faire des empires industriels et la prospérité économique. La Suisse sera le carrefour ferroviaire de l’Europe et, dès 1898, elle est un des premiers pays au monde à nationaliser la presque totalité de son réseau ferré.

Bien entendu, la Suisse utilise, au XIXe siècle, la traction à vapeur. Elle n’a pas le choix, car, comme tous les pays, c’est le seul mode de traction disponible. Mais, pour la Suisse, la vapeur est peu rentable du fait de la cherté du charbon entièrement importé et du profil difficile des lignes demandant de très forts efforts au crochet de traction.

L’expérience de la Première Guerre mondiale apprendra aussi aux Suisses les lourds risques de la dépendance énergétique vis-à-vis du marché mondial du charbon. Le manque de charbon, les trains paralysés, et de graves problèmes de transport apprendront aux Suisses, désormais, à se fournir chez eux en énergie. Pays manquant de charbon, mais richement doté de ce que l’on appelle « la houille blanche », la Suisse se dote de centrales électriques nombreuses et puissantes, et électrifie son réseau ferré. Si la ligne du Simplon puis celle du Lötschberg, ouvertes en 1906 et en 1913 respectivement, sont déjà électriques lors de leur construction, les enseignements de la guerre feront que le Saint-Gothard est électrifié entre 1918 et 1922.

La ligne du Saint-Gothard au cœur du problème ferroviaire suisse.

Construire un réseau ferré dans un pays aussi accidenté demandait, dès les débuts, des moyens techniques et financiers considérables. De grands projets sont lancés, comme les percées alpines de la fin du XIXe siècle : la ligne du Saint-Gothard est inaugurée en 1882. Devant les difficultés créées par des compagnies orientées vers le seul profit, une grande partie du réseau est nationalisée dès 1898 sous le nom de « Chemins de Fer Fédéraux » (CFF en Suisse romande ou SBB en Suisse alémanique). Le réseau du « Saint-Gothard » proprement dit est nationalisé en 1909, mais il subsiste aujourd’hui plus de 50 lignes privées comme le « Berne-Lötschberg-Simplon », totalisant près de 40% du réseau national. La Première Guerre mondiale montre le danger d’une dépendance de l’étranger en matière de charbon, et la Suisse électrifie son réseau d’une manière exemplaire, cette action étant pratiquement terminée à la veille de la Seconde Guerre mondiale.

La première percée de la chaîne des Alpes se fait dès 1870 au tunnel du mont Cenis, reliant la France à l’Italie. Plus à l’est, le col du Brenner et le tunnel du Semmering reliaient l’Italie à Munich et à Vienne.  Il manquait à ce système un axe nord-sud par le centre de l’Europe qui ne peut seulement être résolu que par l’accord des trois pays intéressés : l’Allemagne, la Suisse, et l’Italie.

Nous sommes dans l’Europe d’avant la Première Guerre mondiale, et la frontière sud de la Suisse touche l’Autriche qui est installée en Lombardie, et le royaume de Sardaigne qui est à l’ouest. L’Autriche use de son influence en faveur d’une solution laissant le Tessin à l’écart, et franchissant les Alpes plus à l’est, en direction de Venise, à travers le Massif des Grisons. En 1851, une expertise internationale groupant la Prusse, la Suisse, et le royaume de la Sardaigne, donne la préférence au passage par le Saint-Gothard, délaissant le projet par le col du Grimsel un peu plus à l’ouest.

En 1859, l’Autriche se retire de la frontière suisse du lac Majeur. En 1869, une conférence internationale signe le protocole du Saint-Gothard, ratifié par les trois pays en 1870-1871. Ce protocole concerne la construction de 263 km de voies ferrées entre Lucerne d’une part, et Zug d’autre part, raccordées à Arth-Goldau sur l’axe Biasca – Bellinzona – Chiasso, avec et embranchement sur Locarno.

La Confédération Helvétique concède la ligne à une société privée, la « Compagnie du Chemin de fer du Gothard » qui groupe un nombre égal de participants Suisses, Allemands et Italiens, et subventionnée par les trois États. Le choix du Saint-Gothard se fait au moment de la création de trois états nouveaux de l’État Fédéral de la Suisse en 1848, mais aussi de l’Unité Italienne de 1861, et de la création de l’Empire Allemand de 1870.

De grandes difficultés de conception.

Les devis initiaux avaient été calculés trop juste. En 1876, une deuxième étude prévoit une augmentation de 74 millions sur le coût initial fixé à 156 millions. Devant cette impasse financière, un conseil des trois États décida de simplifier le programme des travaux, avec l’abandon des lignes initialement prévues entre Lucerne et Immensee, et entre Bellinzona et Lugano, mais aussi la réalisation d’une ligne en voie unique, et un tracé plus sinueux avec des rayons de courbure plus faible.

Les accès nord et sud au col du Saint-Gothard sont délimités par les tronçons de Flüelen à Göschenen et par celui de Bellinzona à Airolo. Les rampes débutent, au Nord à Erstfeld et au Sud à Biasca. Un tracé, proposé par l’ingénieur  Gerwig. prévoit une ligne s’élevant en rampe continue le long de la vallée de la rivière Reuss. Le seul avantage auquel ce projet peut prétendre est la présence d’une rampe plus faible et continue, mais il est refusé du fait d’un coût élevé et de l’impossibilité de desservir correctement la population rurale de la région.

Problèmes de rampes.

On tolère alors une rampe maximale de 26 pour 1000, mais en suivant le fond de la vallée. Ceci impose un tracé avec des tunnels dits « en hélice » (c’est-à-dire en rampe et en courbe) pour compenser la pente moyenne de la Reuss. Ces tunnels, en rampe de 23 à 26 pour 1000 et en courbe de 400 m de rayon, sont creusés dans le flanc de la montagne et de gagner 50 m en hauteur à chaque boucle. Dans le site du village de Wassen, on rachète ainsi une hauteur de 136 m par trois tunnels hélicoïdaux à la suite, le train passant pratiquement au même endroit, près de l’église du village, mais à trois hauteurs différentes.

L’étude du tunnel de faîte, percé sous le Castelhorn (2.977 m), prévoit une longueur de 14,920 m en ligne droite, plus 144 m de raccordement en courbe du côté Airolo, au sud. La rampe du côté nord a été fixée à 5,82 pour mille et côté sud à 2 pour mille, du fait de l’exploitation en traction vapeur. Le point le plus haut se trouve au milieu du tunnel à une altitude de 1154 m.

Au sud, on accède au tunnel par la vallée du Tessin, sur une distance de 45,6 km entre Biasca et Airolo. Le profil de cette vallée, comprenant des pentes de 28, 24, 21 et 10 pour 1000, impose une rampe moyenne de 25 pour mille et un tracé sur les mêmes principes que ceux de la rampe nord. Près de Giornico, devant une première dénivellation à 28 pour 1000, la voie ferrée s’élève sur 3 km avec une rampe de  27 pour 1000 et s’engage dans deux tunnels hélicoïdaux en courbe à rayon de 300 m seulement et une seconde dénivellation impose deux nouveaux souterrains hélicoïdaux.

De nombreux ouvrages d’art pour arriver au tunnel.

La rampe nord comprend 17 ouvrages d’art de 25 à 77 m d’ouverture, et la rampe sud, 6 ouvrages de 26 à 64 m d’ouverture. Au total, il y a 221 ponceaux, ponts et viaducs métalliques, 49 tunnels d’accès au total.

Le percement du tunnel demande 7 ans et 5 mois, et le 29 février 1880, les deux galeries se rejoignent avec une longueur fixée provisoirement à 14 912 mètres. Pour creuser le tunnel de faîte, on emploie la dynamite pour les trous de sonde, puis des machines à perforer à air comprimé, et un train de chantier avec des locomotives, elles aussi, à air comprimé pour évacuer les déblais. On ne peut utiliser des locomotives ou des machines à vapeur, car la chaleur est étouffante dans la galerie.

À la fin de 1880, le tunnel définitif avec niches est achevé sur 9 562 m et le 31 décembre 1881 sur toute sa longueur.  Son entrée, côté sud, est à Airolo en Italie (1145 m d’altitude) et, côté nord, le tunnel débouche à Göschenen en Suisse (1109 m). Le tunnel comporte deux pentes pour l’écoulement des eaux et le point le plus élevé du tunnel, en son milieu, est à une altitude de 1154 m. Alors que les lignes d’accès n’étaient pas encore ouvertes, l’exploitation commerciale du tunnel du Saint-Gothard débute le 1^ᵉʳ  janvier 1882 : dès le début de son exploitation, d’énormes bénéfices sont générés, au profit du commerce assuré entre l’Allemagne et Gênes principalement.

Le doublement puis l’électrification de la ligne.

Construite à voie unique pour des raisons de coût et de difficulté technique, la ligne est rapidement saturée, les trains s’attendant les uns les autres dans les gares de croisement. Dès 1887, les travaux de doublement sont entrepris, et ils durent jusqu’en mai 1894. Il faut repercer les tunnels moyennant l’utilisation de 80 tonnes de dynamite, élargir les tranchées et les remblais qui, eux, demandent l’apport de 76 000 m³ de terre depuis Airolo. Mais, aussi, il faut élargir les piles des viaducs et leurs tabliers moyennant 36 000 m³ de maçonnerie, et tout ce travail doit être fait sans interrompre la circulation des trains. Il est surtout fait de nuit, ce qui accroît son danger.

L’électrification est décidée en 1913, devant l’importance du trafic, le poids des trains, et le manque de puissance des locomotives à vapeur. Les travaux sont exécutés de 1913 à 1922, et demandent un remaniement complet des ouvrages d’art pour dégager le gabarit d’électrification ou pour permettre la circulation de locomotives électriques très puissantes et très lourdes. Longues de 19,46 m et pesant 126 tonnes, les fameuses locomotives articulées dites « Crocodiles », engagées en 1920, deviendront le symbole de la ligne et aussi de la traction électrique suisse de hautes performances.

L’accroissement du poids des trains.

Peu avant la Première Guerre mondiale, mais surtout entre les deux guerres, la croissance économique et industrielle est telle que la demande de transport allonge les trains, et en double les poids. Il faut rouler de plus en plus vite, pour répondre à la demande. L’a’augmentation de l’effort de traction des locomotives, la vitesse, aussi, permet, à court terme, d’accroitre le débit des lignes. C’est ce qui se passe, entre les deux guerres, sur la ligne du Saint-Gothard : les rampes de 27 pour 1000 voient désormais passer des trains de 750 tonnes en marchandises, circulant à 50 km/h, au lieu des 200 à 300 tonnes circulant à 20 ou 30 km/h au début du siècle. Les chemins de fer suisses se doivent de dimensionner encore plus leurs locomotives électriques pour faire face à cette tâche sans précédent.

Double traction ou locomotive double ?

En face de cette demande de transport, les ingénieurs ne peuvent aller plus loin pendant les années 1920 ou 1930. Les techniques de l’époque ont atteint leur limite en matière de dimensionnement et d’effort de traction des locomotives.

La seule solution est de pratiquer la double traction avec deux locomotives, voire trois, mais ceci présente des inconvénients : non seulement il faut doubler le nombre de conducteurs, donc doubler les charges salariales, mais aussi la circulation de deux engins demande, pour être parfaitement menée, des précautions et un talent certain en ce qui concerne la conduite.

Une dernière solution est de doubler les locomotives elles-mêmes, c’est-à-dire de réunir deux engins en un seul. On échappe aux contraintes de la conduite par deux équipes différentes qui doivent parfaitement coordonner leurs actions, puisqu’un seul conducteur prend en charge les deux locomotives dont tous les organes de commande et de contrôle sont regroupés sur un seul pupitre.

Notons que dans d’autres pays avec des lignes à profil difficile, on conçoit des locomotives électriques doubles (USA) ou même triples (Suède) ou diesel doubles, triples ou quadruples (USA). Nous reviendrons sur ces locomotives exceptionnelles dans « Trainconsultant ».

La réponse : à des trains doublés, une locomotive double.

En 1931, on voit apparaître en Suisse deux immenses engins, longs de 34 mètres, pesant près de 240 tonnes chacun, et dont la disposition d’essieux est, en quelque sorte, une suite de roues motrices et porteuses alternées. Il est intéressant de savoir que les essieux porteurs peuvent, par un dispositif pneumatique, prendre appui avec plus ou moins de force sur le rail et soulager plus ou moins les essieux moteurs. Elles sont de disposition 1B1B1+1B1B1. Rappelons que, en notation suisse, une 1B1B1+1B1B1 est, « plus simplement » une Ae 8/14 avec « A »pour la catégorie de la locomotive, « e » pour la traction électrique, « 8 » pour le nombre d’essieux moteurs, et « 14 » pour le nombre total d’essieux moteurs et porteurs.

La première locomotive, la N° 11801, construite par la firme suisse Brown – Boveri & Cie (BBC), comporte huit moteurs lui donnant de quoi fournir de 7.500 ch en puissance unihoraire. Le second prototype, la N° 11851, est construit par la firme suisse Oerlikon, mais est doté de seize moteurs lui donnant 8.800 ch, soit l’équivalent d’une rame TGV actuelle avec ses deux motrices.

Enfin, en 1939, un troisième prototype, N°11852  est construit par Oerlikon et comporte seize moteurs lui donnant 11.400 ch en puissance unihoraire. C’est un record mondial, mais nous avons affaire à deux locomotives en une… En rampe de 27 pour 1000, cette locomotive arrache des trains de 770 tonnes à 70 km/h, et peut aller jusqu’à remorquer 2.000 tonnes en palier à 60 km/h, ou même des trains de voyageurs de plus de 1.000 tonnes à 110 km/h en palier.

Ulysse Gachet, fidèle et vigilant lecteur de ce site, que nous remercions, nous fait remarquer à propos des photographies ci-dessus : « les 11801 et 11851 étaient de vrais prototypes concurrents. La 11852, en revanche, fut un développement « de bluff » pour l’exposition nationale de 1939 (d’où le surnom de « Landi Lok ») sa mise en service a été longue et laborieuse. Malgré une grande aura populaire, surtout en Suisse alémanique, elle n’était pas appréciée des mécaniciens : manque de fiabilité, bruit infernal, fréquentes ruptures d’attelages, défauts d’adhérence.  Les Ae 4/6 qui ont suivi ( = une moitié de la 11852, encore allégée, permettant le gain de l’essieu central) n’étaient pas appréciées non plus.

Sécheron avait aussi proposé une machine articulée : du type 8/12, sauf erreur, avec la transmission à ressorts extérieurs, comme pour les Ae3/5, Ae 4/6 III, et Be 4/7. Non retenue. »

Le « couplage » condamne ces belles locomotives.

Lors des essais, tout se passe bien, et la mise en service définitive donne des locomotives tout à fait fiables. Mais il se pose rapidement un problème d’exploitation, non apparu sur le papier des bureaux d’études.

Sur le terrain, en effet, on s’aperçoit peu à peu qu’il est plus souple de disposer de deux ou trois locomotives individuelles, que l’on peut coupler ou non en fonction des besoins, que d’une seule locomotive dont la puissance, parfois, est sous-utilisée. C’est pourquoi ces monstres du Saint-Gothard restent sans descendance.

Les ingénieurs se tournent de nouveau vers la locomotive classique simple. Mais la leçon a porté ses fruits. La traction électrique, en effet, permet que l’on équipe les nouvelles locomotives de systèmes permettant la double ou la triple traction avec deux ou trois locomotives en tête d’un train selon la demande, ces locomotives étant alors conduites par une seule équipe placée dans la locomotive de tête. C’est ce que l’on appelle, en France, le « couplage », par opposition au « jumelage » où chaque engin conserve son conducteur.

Caractéristiques techniques.

Type :  Locomotive électrique 1B1B1+1B1B1 dite 8/14 en Suisse

Années de construction : 1931 et 1939.

Moteurs de traction : 8 ou 16

Courant : monophasé 15.000 v

Fréquence : 16 2/3 Hz

Puissance : 7 500 ou 8 800 ch

Vitesse maximale : 110 km/h.

Longueur totale : 34,01 m.

Poids total : 235, 7 tonnes.

Pour comparaison : caractéristiques techniques de la « Big-Boy » :

NB : Voir l’article consacré à la Big-Boy : https://wp.me/paDLEo-2aN.

Type : 2442 (ou 4-8-8-4 en notation américaine)

Date de construction : 1941

Diamètre des cylindres : 604 mm.

Course des pistons : 813 mm.

Diamètre des roues motrices : 1,73 m.

Surface de la grille du foyer : 14 m²

Puissance : 6 400 ch à 68 km/h.

Contenance du tender en charbon : 28,5 t.

Contenance du tender en eau : 190 t.

Longueur totale tender compris : 40 m.

Vitesse maximale en service : 128 km/h.

Poids total tender compris : 541 tonnes.

Petit album de famille de ces bien-aimés « monstres ».