Le bruit, quasi animal, de l’échappement des locomotives à vapeur a hanté les rêves de générations d’enfants. Dans la cour de récréation de l’école primaire, ils faisaient « tchou-tchou » en courant et en imitant le mouvement des bielles avec leurs avant-bras. Certains enfants, en maternelle, croient, aujourd’hui encore, qu’un train, TGV compris, fait toujours le même « tchou-tchou ». C’est dire à quel point les mythes sont incassables ou que les cours de récréation des écoles transmettent des traditions inaltérables.
Silence, on démarre.
Avant de poursuivre, rappelons que nous avons traité des autres bruits des trains, sifflet compris, dans un précédent article : « Le bruit ? Quand le chemin de fer était prié d’en faire ».
Ce qui est peu connu est que, quand une locomotive à vapeur démarre, les premiers centimètres se font dans un silence total, la vapeur travaillant de toute sa force contre le piston. Une fois la course du piston parcourue dans le cylindre, la vapeur est dirigée hors du cylindre et s’échappe, passant par la cheminée. Le premier « coup » d’échappement est donc le premier bruit, la locomotive ayant déjà commencé à rouler.
Ce premier « coup » d’échappement peut se produire dès que l’un des deux, trois, quatre ou six cylindres d’une locomotive libère sa vapeur, et, pour un tour de roue, il se produira donc autant de « coups » d’échappement qu’il y a de cylindres. Le son de l’échappement variera en fonction de plusieurs composantes, dont, surtout, le nombre de cylindres (plus il est élevé, plus il y a de « coups » par tour de roue) et aussi s’il s’agit soit de cylindres haute pression ou basse pression. Les locomotives dites « à simple expansion » n’ont que des cylindres à haute pression et la vapeur ne se détend qu’une seule fois. Plus perfectionnées et offrant un meilleur rendement, les locomotives dites « compound » font travailler leur vapeur d’abord dans des cylindres à haute pression, puis la vapeur termine sa détente dans des cylindres à basse pression. On comprend que les différentes partitions musicales de chaque type de locomotive peuvent offrir des variantes qui raviront les oreilles des amateurs. L’auteur de ce site-web se souvient que, durant les années 1970, il avait un disque vinyle 33 tours, édité par « La Vie du Rail » qui en proposait plusieurs avec des quantités d’enregistrements de locomotives avec des commentaires, et qu’il a prêté son disque à un amateur qui ne le lui a jamais rendu…
La respiration bruyante de la puissance.
Bien connu des gens qui, pendant un siècle et demi, ont vu passer des locomotives à vapeur, tant par le bruit caractéristique du « tchou-tchou » que par l’émission de fumées abondantes par la cheminée, l’échappement est une fonction de la locomotive qui, d’emblée, a posé des problèmes techniques importants et immédiats. Le bon tirage du feu, donc la puissance de la locomotive, en dépendait étroitement. Le bruit de l’échappement des locomotives est le signe même de la situation faite au feu qui est très « poussée », avec un tirage violemment forcé pour obtenir de la puissance : comme le disent les chauffeurs, il faut « faire du gaz ».
La locomotive est une machine à vapeur posée sur un châssis roulant sur des rails, mais de la machine à vapeur fixe d’usine dont elle est issue, elle ne peut en garder la simplicité générale de conception, pour des raisons de manque de place et pour la nécessité de performances élevées. En particulier, la circulation des gaz se heurte à la résistance offerte par le passage dans les tubes étroits du corps cylindrique et la petitesse du gabarit ferroviaire impose des circuits de passage étroits, sinueux, complexes. Il faut donc forcer le tirage, c’est-à-dire accélérer d’une manière artificielle la circulation des gaz chauds dans les passages de vapeur.
Marc Seguin manque de souffle.
Conscient du problème, l’ingénieur français Marc Seguin équipe sa locomotive construite en 1828 d’un système de soufflerie sous la grille du foyer, et ainsi augmente le tirage, les gaz chauds étant chassés vers la cheminée. Mais le système est lourd, complexe, et surtout volumineux, car occupant une partie importante du tender qui le porte, comme on le voit sur le dessin ci-dessous. Seguin, sur les conseils de l’ingénieur Pelletan, essaye un système de soufflage à vapeur, puis en viendra désormais à l’utilisation de la vapeur d’échappement des cylindres pour forcer le tirage, comme l’avait fait l’anglais Trevithick dès 1802, créant un système dont l’avantage essentiel est l’automaticité.
La cheminée, lieu de l’échappement.
La cheminée de la locomotive joue un rôle important dans le processus de l’échappement. Le gabarit ferroviaire impose qu’elle soit forcément très courte. On admet qu’il est bon de lui donner une hauteur au moins égale à trois fois son diamètre le plus étroit, mais on en voit de moins hautes. La pénétration dans la boite à fumée compense en partie l’insuffisance de la partie extérieure. Elle présente, au-dessus de la tuyère d’échappement, une embouchure en forme d’entonnoir renversé. Les cheminées sont parfois cylindriques, mais la forme légèrement évasée vers le haut est plus courante. D’après les ingénieurs des années 1930, le diamètre a été toujours trop faible auparavant. Il est aussi le plus souvent de 350 à 400 mm à la partie la plus étroite, et même moins. Les études les plus récentes des années 1950 ont montré que ces dimensions étaient très insuffisantes pour les locomotives modernes contemporaines.
C’est ainsi que des machines « Pacific » ou « Mikado » de l’époque auraient dû avoir des cheminées d’au moins 600 mm de diamètre. C’est ce qui a été fait par la Deutsche Reichsbahn dès 1921 sur ses types unifiés, mais le rendement de telles cheminées, très courtes, s’avère précaire sur les machines dont le corps cylindrique est placé très haut, et où par conséquent la distance possible entre le dessus de la tuyère et le sommet de la cheminée est trop faible.
On a alors intérêt, comme l’avaient fait Nozo et Geoffroy sur le réseau du Nord dès 1863 sur une Crampton qui possédait quatre cheminées, à diviser l’appareil de tirage en plusieurs dispositifs montés ainsi en parallèle, présentant donc des cheminées de diamètre normal pouvant fonctionner correctement. C’est ce qu’a fait l’ingénieur belge Legein avec succès sur le réseau de l’État Belge dès 1925, en utilisant des cheminées doubles, et c’est ce qui a été fait également au PO en France en 1929 sur les premières locomotives « Pacific » transformées. Aux États-Unis, on avait déjà essayé, à la même époque, des machines à cheminées quadruples, sans que cette solution se soit toutefois souvent répandue, la cheminée unique étant presque toujours conservée, bien qu’elle présente en général, eu égard aux dimensions des machines auxquelles elle est appliquée, des sections nettement insuffisantes.
On coiffe parfois la cheminée d’une visière placée à l’avant, qui augmente légèrement le tirage, tandis que le chapiteau, très prisé des ingénieurs britanniques, a peut-être une action analogue, mais il est placé surtout avec une intention décorative. On est Anglais, ou l’on ne l’est pas…
Une des caractéristiques des locomotives anciennes étaient les capuchons tournants sur les cheminées : la présence de cendriers fermés les a rendus inutiles, cependant on les conserve encore souvent sur certains réseaux.
Pour éviter la projection de flammèches, surtout avec le chauffage au bois, on entoure la cheminée d’une enveloppe, qui recueille les parties solides, rabattues par un cône muni d’ailettes. C’est la cheminée russe ou américaine, cette dernière étant très caractéristique des locomotives ayant circulé dans l’Ouest américain.
L’échappement fixe.
L’échappement de la vapeur qui a travaillé dans les cylindres se fait dans la partie antérieure du corps cylindrique, appelée « boîte à fumée ». Dans cette boîte se trouve, sous la cheminée et dans son axe, une ou plusieurs tuyères par lesquelles la vapeur gagne de la vitesse et est projetée dans la cheminée. Le problème technique, posé dès les débuts, a été de savoir à quelle hauteur il fallait positionner cette tuyère pour qu’elle crée une dépression entraînant les gaz du foyer sortant des tubes. C’est ainsi que, dans les machines anciennes à vapeur saturée, ayant un faisceau tubulaire homogène, la tuyère ne devait pas dépasser le niveau de la rangée supérieure des tubes pour obtenir un tirage bien réparti sur toute la surface de la grille.
Les conduits d’échappement doivent être tracés sans coudes brusques, et de manière que les courants venant des deux cylindres ne se contrarient pas. Ce sont là dés détails étudiés par le constructeur de la machine, et le mécanicien les prend tels qu’ils sont exécutés. Il peut toutefois vérifier si, dans l’échappement à valves, longtemps employé en France, les deux valves s’ouvrent et se ferment symétriquement.
Si la distribution est bien étudiée et bien réglée, les quatre coups d’échappement, par tour de roue, se succèdent à des intervalles égaux : mais il n’est pas rare que la distribution présente, à certains crans de marche, de petites irrégularités inévitables. La tuyère d’échappement fixe est formée par un tuyau d’ouverture invariable : avec l’échappement variable, un mécanisme permet de faire varier la section de l’ouverture.
L’échappement : comme le café, serré ou pas ?
Pour activer la combustion, et par suite la production de la vapeur, on réduit la section de la tuyère ou, selon le terme de métier, on « serre » l’échappement. On augmente ainsi la vitesse du jet de vapeur qui entraîne les gaz du foyer. Le serrage de l’échappement n’est pas sans inconvénients en réduisant la section de passage de la vapeur, car il augmente la contre-pression sur les pistons pendant l’échappement. Avec une tuyère très serrée, cette contre-pression, qui ne devrait guère dépasser la pression atmosphérique, prend souvent une valeur double et même encore plus forte : le travail donné par la vapeur s’en trouve réduit. Si on produit plus de vapeur, on l’utilise moins bien. En outre, un échappement très serré provoque des entraînements de combustible, c’est-à-dire que le charbon peut être aspiré jusque dans les tubulures et être éjecté par la cheminée. Il est donc important que le serrage soit toujours bien adapté aux besoins.
Le mécanicien trouve son intérêt à marcher avec un échappement plutôt serré, car la conduite s’en trouve facilitée, et l’on retarde ainsi la formation des mâchefers qui créent les pires difficultés avec certains charbons et qui sont extrêmement gênants quand il s’agit de faire de longs parcours sans décrassage du feu.
Avec les échappements fixes réglés une fois pour toutes par les services d’essais, l’équipe de conduite n’a plus à intervenir pour en modifier le serrage. Le chauffeur doit s’adapter à cette situation et assurer un travail convenable du feu. L’expérience prouve que les chauffeurs acquièrent ainsi plus rapidement la maîtrise de leur métier et finalement des échappements fixes, qui existent depuis longtemps sur la majorité des réseaux mondiaux. Les échappements fixes ont fini par rallier une unanimité presque totale chez chauffeurs.
Certains échappements fixes de type ancien sont annulaires. La vapeur sort par une couronne comprise entre deux tuyères concentriques. Les gaz sont aspirés à l’extérieur et à l’intérieur de la nappe de vapeur. Les résultats obtenus sont favorables, mais les tuyères s’encrassent rapidement et irrégulièrement.
On améliore les échappements ordinaires, en montant en travers de la tuyère, à égale distance des deux valves, une barrette. Cette barrette a la forme d’un couteau de balance, dont l’arête divise en deux parties égales le jet de vapeur. De plus, elle porte ou non en son milieu un cône destiné à épanouir le jet en tous sens. D’une manière générale, la division du jet de vapeur parait en améliorer l’action.
L’échappement variable.
La quantité de vapeur produite est fonction de la quantité de combustible brûlé, cette dernière croissant avec la quantité d’air admise, quantité elle-même fonction de la dépression existant dans la boîte à fumée sous la cheminée. Toutefois, il y a une dépression optimale à ne pas dépasser, la circulation des gaz étant alors trop rapide pour donner un bon échange de chaleur. Toute augmentation de dépression entraîne celle d’une contre-pression sur les faces des pistons mises à l’échappement.
C’est pourquoi les ingénieurs ont délaissé ce type d’échappement dit fixe et mis au point l’échappement variable qui permet d’augmenter ou de diminuer en cours de route la section de passage de vapeur d’échappement en fonction des besoins. En « desserrant » le passage de la vapeur d’échappement, on diminue l’allure de la production de vapeur, et en le « serrant », on peut forcer le tirage et augmenter cette production. Les réseaux anglais et américains sont restés fidèles à l’échappement fixe pour des raisons de simplicité (systèmes Adams, Appleby & Robinson, etc), tandis qu’en France, on a utilisé les deux : échappements fixes (système Kylchap) ou variables (cône mobile, trèfle, système Lemaître, etc).
Mais, l’expérience accumulée par les équipes de conduite montre aussi que les mécaniciens et les chauffeurs laissent presque toujours cet échappement variable dans une même position, une position qui donne un serrage assez fort, et n’y touchent que pour augmenter ce serrage, ceci de temps en temps et parfois d’une manière excessive.
C’est pourquoi les ingénieurs pensent qu’il est mauvais de partir avec un échappement desserré en pensant qu’il sera toujours temps de le serrer davantage, si le besoin s’en faisait sentir. En effet, lorsque le chauffeur commencera à se rendre compte que la production de vapeur est déficitaire, l’insuffisance de tirage du début aura eu comme conséquence de déterminer la formation de mâchefers. Puis il constate qu’il n’a plus d’autre solution, à partir de ce moment-là, qu’une perte complète du feu par basculage, ce qui ne pourra rétablir la situation compromise par cette manœuvre maladroite.
L’utilisation rationnelle de l’échappement variable exige, au contraire, que l’on parte avec un serrage plutôt fort, capable de bien allumer le feu, on le desserrera légèrement par la suite si la production s’avère excessive.
Les échappements variables des différents réseaux français.
L’échappement variable étudié par le réseau du Nord comporte une tuyère centrale mobile, qu’on peut abaisser pour augmenter la section d’écoulement. Le profil conique intérieur de la tuyère centrale est légèrement divergent et l’orifice annulaire donné par cette tuyère partiellement abaissée est divergent.
Les trois ailettes de la tuyère centrale ont une forme hélicoïdale dite « petticoat » (on peut traduire par « jupe ») : une portion des gaz chauds est appelée à travers ce tuyau directement par le jet de vapeur, le reste est entraîné dans la cheminée par le courant gazeux qui sort de ce tuyau.
L’échappement du PLM, dit « à trèfle », comprend une tuyère fixe, avec noyau central mobile, à déplacement vertical. Ce noyau offre à la vapeur trois ouvertures en forme de trèfle, dont la section, prise au débouché de la tuyère, varie suivant la hauteur qu’on lui donne. Sur les locomotives « Pacific » du PLM, l’emploi de cet échappement a permis d’augmenter de 15 % les charges remorquées. Au milieu de l’année 1925, il était appliqué à 2400 locomotives du PLM, et à 8000 locomotives d’autres réseaux.
Certaines tuyères d’échappement sont surmontées d’un tronçon de tuyau avec embouchure, que les Américains nomment, eux aussi, « petticoat » : une partie des gaz chauds est drainée par ce tuyau directement par l’effet d’aspiration du jet de la vapeur d’échappement, le reste étant directement entraîné par le courant gazeux sortant de ce tuyau. On améliore ainsi l’effet d’entraînement de la vapeur sur les gaz et l’on régularise le tirage à travers le faisceau tubulaire. Pour obtenir son plein effet, le « petticoat » doit toutefois être proportionné convenablement par rapport aux dimensions de la chaudière et de la cheminée, et être placé à une distance suffisante de cette dernière et du sommet de la tuyère.
Le triomphe du Kylchap.
L’échappement Kyläla marque un dernier et grand progrès pour les échappements. Le travail que pourrait théoriquement donner la vapeur d’échappement, dont la pression dépasse celle de l’atmosphère, est mal recueilli par la plupart des tuyères. En vue d’un meilleur rendement, on a essayé de placer une turbine à vapeur commandant un ventilateur capable d’aspirer les gaz du foyer et de les rejeter dans la cheminée. La complication et les frais d’entretien de ce système l’ont fait échouer. C’est alors que les tuyères d’échappement ont été soumises à des essais méthodiques, et l’échappement de l’ingénieur finlandais Kyläla en a résulté. Cet échappement s’écarte des dispositions usuelles. Le Kylchap issu des travaux des ingénieurs Kyläla et Chapelon est appliqué à de nombreuses locomotives du PO et d’autres réseaux français.
L’échappement Kylchap est étudié de manière à produire l’aspiration eu plusieurs parties de la boîte à fumée, à bien mélanger avec la vapeur d’échappement les gaz aspirés, et à expulser ce mélange avec une faible dépense de travail. Il comporte un ajutage tronconique par lequel s’écoule la vapeur provenant des cylindres, et que termine une très courte partie cylindrique, peu visible sur la figure, portant quatre amorces de barrettes en croix, afin de diviser le jet de vapeur. Planes à leur partie supérieure, elles sont taillées en angle aigu à la partie inférieure. En rendant mobiles ces barrettes, l’échappement devient variable. Soulevées, elles augmentent la section d’écoulement.
En s’échappant de cet ajutage, la vapeur entraîne des gaz chauds. Ce mélange pénètre dans les quatre lobes de l’ajutage Kylchap. À la sortie de ces tuyères, entre lesquelles les gaz chauds circulent librement, de nouvelles quantités de ces gaz sont entraînées et le mélange final s’écoule par l’ajutage cylindrique et la cheminée.
Sur de très puissantes locomotives, la hauteur disponible ne suffit pas pour donner aux pièces de l’échappement les proportions convenables. On établit alors deux échappements plus courts, avec deux cheminées l’une derrière l’autre, une caractéristique bien connue des amateurs de chemins de fer.
À la suite de ces travaux très remarqués sur le réseau du PO, les autres réseaux français s’y mettent. Le PLM construit son échappement double à « petticoat » dans lequel la variation est obtenue à l’aide de noyaux mobiles à quatre jets. Le réseau du Nord adopte l’échappement Lemaitre, imaginé par un Ingénieur du Nord Belge, qui emprunte la cheminée large à trompe de l’échappement Kylchap simple, mais la tuyère est solidaire de la colonne d’échappement, ce qui supprime l’aspiration en deux étages. Cette tuyère comporte, en outre, un jet central de section variable, les jets périphériques étant fixes. On obtient ainsi un certain degré de variabilité. Enfin, l’Est applique un échappement à cheminée également en forme de trompe, mais avec un noyau mobile à six jets.
Les qualités d’un bon échappement.
La dépression dans la boîte à fumée doit être maximale pour une contre-pression sur les pistons aussi faible que possible. Une couche de combustible mince et régulière doit pouvoir être maintenue sur la grille du foyer. Le tirage doit être réparti d’une manière égale dans l’ensemble du faisceau tubulaire. Le tirage ne doit pas être trop fort au risque d’entraîner des escarbilles ou des particules de charbon. Le mélange des gaz chauds avec la vapeur d’échappement doit être homogène et parfait. Tout ceci relevait de la science du chauffeur, une science bien plus étendue et complexe que ne le supposaient ceux qui n’ont pas connu la traction vapeur.
Les ingénieurs de l’époque disaient souvent que « l’échappement était le cœur de la machine, si la chaudière en était l’âme », selon ce que l’on peut lire, par exemple, sur la page 72 du fameux traité « La locomotive actuelle » de E. Devernay (Ed. Dunod, Paris 1946). Il est vrai que la locomotive à vapeur avait une âme : nous savons maintenant où la situer, chose qui n’a jamais été possible pour l’être humain malgré les efforts des religions, des églises, et des théologiens et des gourous de tout poil.
Les locomotives à vapeur silencieuses, ou presque.
S’affranchir des contraintes de la machine à vapeur à mouvement alternatif, avec ses cylindres et ses pistons, a toujours été une motivation de recherche pour un certain nombre d’ingénieurs du chemin de fer. Les inconvénients du moteur à cylindres et pistons sont, en effet, nombreux. Ce moteur présente deux inconvénients graves. Le premier est le mouvement alternatif de pièces assez lourdes, comme les pistons, les tiges de piston, les crosses, les bielles : ces mouvements déséquilibrent la locomotive, créent même de dangereuses vibrations parasites à certaines vitesses qui, en s’entretenant et s’amplifiant d’elles-mêmes, peuvent provoquer des déraillements. Le deuxième est le faible rendement par suite d’un continuel gaspillage d’énergie cinétique : on oblige ces pièces lourdes à démarrer, prendre de la vitesse, s’arrêter et repartir en sens inverse, ceci des centaines de fois par minute, des millions de fois pour un banal trajet. C’est pourquoi certains ingénieurs ont songé à adapter le moteur à turbine pour la traction ferroviaire, un moteur bien connu des ingénieurs de marine, un moteur qui ne vibre pas et a un excellent rendement à haute vitesse.
Les divers essais dans le monde.
En 1922 la firme suédoise Akliebolaget Ljungströms Angturbin essaie une locomotive composée de deux véhicules, l’une portant une chaudière et ressemblant quelque peu à une locomotive classique, et l’autre comportant une turbine actionnée par la vapeur du précédent, entraînant les roues et poussant le tout. Des essais ont lieu entre Stockholm et Bergsbrumna sur un parcours de 52 km, avec des rampes et des pentes de 10 pour 1000, mais ne dépassant pas 3000 m chacune. Il reste à savoir ce que cela aurait donné sur des rampes de 50 ou 60 km, mais, en tout cas, une consommation moitié moindre que celle d’une locomotive à vapeur classique est prouvée. La vitesse des essais est limitée à 90 km/h, vitesse limite en vigueur à l’époque en Suède, mais ce pays a déjà misé tout son avenir ferroviaire sur la traction électrique.
Les essais du LMS britannique.
William Stanier, ingénieur en chef du LMS, se passionne pour ces essais et se rend de nombreuses fois en Suède. Puis, en 1935, il fait modifier une locomotive classique type 231 de la série des « Duchess », qui est en cours de construction. Il en fait une locomotive à turbines, appelée dès lors « Turbomotive ». La turbine est une Vickers de 2000 ch, montée à l’avant à la place des cylindres et entraînant le premier des essieux moteurs par un système d’engrenages à très forte démultiplication. Des bielles de liaison classique réunissent les trois essieux moteurs.
La « Turbomotive » effectue un bon service quotidien et totalise près de 500 000 km en tout quand une panne de turbine se produit en 1947, mettant la locomotive hors de service, faute de pièces détachées, et de souci réel de la conserver ainsi. En 1951, elle est reconstruite sous une forme d’une « Duchess » classique, mais est détruite peu de temps après dans un accident.
Sans nul doute la « Turbomotive » a été la plus prometteuse des locomotives à turbine essayées. Il faut signaler d’autres essais en Allemagne, aux USA et même en France. Mais, à chaque fois, c’est le même scenario avec un ingénieur innovateur et motivé, une locomotive unique, donc difficile à entretenir et à exploiter dans le roulement des autres machines classiques, et un accident minime (mais qui paralyse la locomotive), suivi d’un abandon faute de motivation de la part du réseau concerné et souvent parce que l’ingénieur novateur n’est plus là.
La « Turbomotive » a eu un excellent comportement durant un service normal, a consommé beaucoup moins de charbon, a moins usé les voies par l’absence de mouvements parasites, et s’est montré plus puissante à grande vitesse. Il est vrai, toutefois, que cette locomotive manquait d’énergie au démarrage et prenait son temps pour atteindre sa vitesse de pointe, ce qui la rendait peu performante sur les parcours à arrêts fréquents ou les lignes très accidentées.
Encadré technique.
Type : 231
Moteur : turbine
Diamètre des roues motrices : 2057 mm
Surface de la grille du foyer : 4,6 m2
Contenance du tender en eau : 18 t
Contenance du tender en charbon : 10 t
Masse totale : 166 t
Longueur totale : 22,51 m
Vitesse : 160 km/h
La France se met à la turbine, mais sans conviction ni persévérance.
À sa création en 1938, la Société Nationale des Chemins de fer Français trouve, dans son fonds, des locomotives non conventionnelles en cours de construction intégrale ou obtenues par modification. Une mystérieuse 232-P-1 fait partie du lot, mais sa carrière, très discrète, se termine dans l’oubli en 1949.
L’origine de toute l’affaire est le concours de locomotives nouvelles lancé par l’Office Central d’Études de Matériels de Chemin de fer en 1933. La locomotive classique du type Stephenson est considérée comme « saturée », c’est-à-dire arrivée en fin de course de son évolution. Il faut autre chose, et la traction électrique est en train d’apporter une réponse au problème. Mais, devant les lourds frais représentés par l’électrification des lignes, les réseaux français donnent une dernière chance à la traction à vapeur. Les deux prototypes 232-P-1 et 232-Q-1 sont issus de ce concours : il aura fallu plusieurs années d’études pour mener le projet à sa concrétisation. Mais l’essai était vain.
La 232-P-1 entre en scène : c’est une machine à 3 essieux moteurs et deux bogies, donc une 232, et livrée en 1943 à la SNCF par la Société Alsacienne de Constructions Mécaniques (ou SACM) qui avait participé au concours de locomotives à vapeur nouvelles de l’OCEM en 1933.
Cette locomotive possède une chaudière à haute pression et tubes d’eau type Winterthur et des moteurs individuels à 3 cylindres sur les roues motrices, ce qui donne un total de 18 cylindres. Ces moteurs individuels tournent à 1 000 tours minute et entraînent les roues par un système d’engrenages. L’avantage du système est la grande régularité de l’effort moteur, sans les à-coups des systèmes classiques à 2, 3 ou 4 cylindres qui font souffrir les locomotives et les voies en engendrant des mouvements parasites. L’idée est donc techniquement intéressante et n’est pas sans analogie avec les machines à vapeur des grands navires qui utilisent aussi un grand nombre de cylindres.
Les raisons de l’échec.
C’est sans nul doute l’échec allemand qui rend la SNCF très prudente, et elle n’engagera pas cette locomotive en service courant, mais procède seulement à des essais. Il faut dire que, en matière de traction ferroviaire, tout engin nouveau a de la difficulté à s’insérer dans un ensemble technique ancien et contraignant qui demande, en outre, des techniques de conduite, d’exploitation et d’entretien totalement standardisées. La SNCF viendra à abandonner ce projet de locomotive trop complexe en réformant la 232-P-1 en 1949 après des essais sur le banc de Vitry.
La 232-Q-1 de la SNCF.
Lorsque la SNCF est créée en 1938, elle doit prendre à son compte, outre un parc de matériel roulant classique, des projets en cours de réalisation. La locomotive à turbines type 232-Q-1 est en cours de commande et la SNCF honore ses engagements auprès de la firme Schneider qui construit la locomotive et la livre en 1940. La période, il faut le dire, n’est guère favorable pour de telles innovations. Notons que chemins de fer allemands ont essayé des locomotives similaires (système de l’ingénieur Roosen) mais ont renoncé à les utiliser en service courant.
L’origine de ce prototype est le concours de locomotives nouvelles lancé par l’Office Central d’Études de Matériels de Chemin de fer en 1933. La locomotive classique à cylindres et pistons à mouvement alternatif du type Stephenson de 1829 est considérée définitivement dépassée, or les meilleures « Pacific » et « Mountain » de l’époque reposent encore sur ce principe centenaire. Il faut autre chose, et, surtout, il faut plus de puissance et plus de vitesse.
La traction diesel a des performances encore modestes et des moteurs fragiles. La traction électrique est en train de devenir performante. Mais électrifier des lignes est une dépense très coûteuse et c’est pourquoi, en 1933, les réseaux essaient encore de trouver une solution nouvelle en traction autonome : pourquoi pas une nouvelle génération de locomotives à vapeur utilisant des techniques différentes ?
Née du même concours que la 232-P-1, mais livrée plus tôt en 1940, cette locomotive comporte une chaudière classique, mais elle est mue par des turbines Schneider et des engrenages. Les turbines tournent à 10 000 tr/mn et ont 6 roues à ailettes pour la marche avant et 2 pour la marche arrière. Les turbines à vapeur offrent l’avantage d’un rendement thermique supérieur à celui du moteur à cylindre et piston, car acceptant une vapeur à température très élevée, mais manque de performances à bas régime lors des démarrages d’un train. La suppression de tout mouvement alternatif est un avantage considérable : non seulement le mouvement alternatif des pistons et bielles des locomotives classiques représente une perte en énergie considérable, mais aussi, il engendre des mouvements parasites préjudiciables à la stabilité des locomotives, l’adhérence, et à la bonne tenue en service des organes. L’idée est donc intéressante, et on comprend qu’un certain nombre de réseaux mondiaux aient été attirés par la turbine à l’époque.
Soumise à des essais plus suivis que ceux de la 232-P-1, cette locomotive donne, comme des machines comparables essayées aux USA, au Royaume-Uni et en Allemagne, des résultats remarquables, démarrant des trains de 700 à 800 tonnes, donnant sur le banc de Vitry 2 200 kW (3 000 ch) au lieu des 1 900 kW (2 600 ch) estimés et demandés.
Mais une panne de turbine l’immobilise en 1942 et, en 1944, une panne encore plus grave entraîne sa réforme dans un contexte qui, certes, ne permet ni réparations ni essais. Sans nul doute cette locomotive ne promettait guère plus que la 232-P-1.
Caractéristiques techniques.
Type : 232
Moteur : 3 turbines
Régime : 9 300 tr/mn
Transmission : engrenages
Rapport : 21,11
Diamètre des roues motrices : 1500 mm
Surface de la grille du foyer : 4,9 m²
Masse : 122 t
Longueur : 15,74 m
Vitesse : 130 km/h
Pour finir : une bien mystérieuse locomotive SNCF.
Elle est très peu connue. La 221-TQ-1 est une locomotive à vapeur prototype de la SNCF qui fut mise en service en 1947. Elle était de type « Atlantic » avec une disposition d’essieux de type 221.
Cette machine fut autorisée à la construction par courrier en date du 14 mai 1936, mais la commande n’intervint que le 7 octobre 1938 pour tenter de résoudre le problème du changement de poids sur le rail par la rotation des bielles. Elle fut notifiée à la société suivante : Compagnie Générale de Construction de Locomotives Dabeg.
Pour tenter de résoudre ce problème, il fut décidé de doter la machine d’une chaudière classique et d’un moteur polycylindrique pour l’entraînement des essieux. Le moteur était à 12 cylindres qui transformaient le mouvement alternatif des pistons en un mouvement rotatif par l’intermédiaire d’un arbre à vilebrequin. L’attaque des essieux moteurs se faisait par l’intermédiaire d’un arbre entraînant des vis sans fin et des pignons sur les axes moteurs. L’arbre de transmission avait une vitesse de rotation de 1000 tr/min. Cette motorisation présentait l’avantage de se passer de l’essieu coudé (source de problèmes sur les locomotives ayant plus de deux cylindres). Un autre avantage est le fait que ce type de moteur rapide est moins volumineux, d’une puissance massique plus élevée et d’un meilleur rendement.
Sortie des ateliers dans les premiers jours de 1949, alors que la livraison était prévue en 1947, elle entreprit immédiatement une série de prises de mesures au banc d’essais de Vitry et fut finalement radiée en 1954, sans jamais avoir assuré de service.
Cette locomotive devait répondre au souci de réduire les pièces en mouvement et de rendre la marche plus confortable. Cependant, le retard dû à la Seconde Guerre mondiale et le nouveau choix fait par la SNCF en matière de traction font que les bons résultats obtenus n’eurent aucune incidence sur les locomotives à vapeur à venir. On peut, là encore, faire le parallèle avec les autres prototypes qui finalement arrivèrent trop tard : la 232-P-1, la 232-Q-1, sans oublier les plus conventionnelles 242-A-1 et 160-A-1.
Caractéristiques techniques.
Pression de la chaudière : 20 kg/cm²
Diamètre des roues motrices : non connu
Diamètre des roues du bogie avant : non connu
Diamètre des roues du bissel arrière : non connu
Masse en ordre de marche : non connue
Masse adhérente : non connue
Longueur hors tout : 12,080 m
Masse totale : non connue
Longueur totale : non connue
Vitesse maxi en service : inconnue
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