De la « Triplex » à la « Quadruplex » et autres dinosaures ferroviaires.

Ces dinosaures peuvent prendre sa place parmi les curiosités du chemin de fer. Ils sont très caractéristiques d’une époque où la locomotive à vapeur perdait définitivement son premier rôle, chassée par la traction électrique, et où les ingénieurs font d’actives recherches pour lui redonner un nouvel essor. La traction électrique, en effet, n’a pas que des avantages, mais ce genre d’engin les compensera-t-il, et autrement que sur les tables à dessin des bureaux d’études ? .

Durant les années 1920 et 1930, la locomotive à vapeur apparait comme dépassée. Elle brûle (pour ne pas dire : gaspille) un charbon devenu très cher dont elle ne tire effectivement que 5 à 7 % de rendement au crochet de traction et abandonnant le reste en déperditions thermiques. Elle demande de longues heures d’immobilisation au dépôt pour sa préparation avant chaque course, elle est pénible à conduire. Mais la locomotive à vapeur est certes fiable, robuste, puissante, endurante. Elle a aussi créé avec elle le chemin de fer pour en faire le plus fantastique instrument de développement industriel et économique.

La traction électrique apporte avec elle un rendement très élevé de l’ordre de 30 à 40 %. Elle ajoute, en prime, une souplesse d’utilisation telle qu’une locomotive électrique remplace plusieurs locomotives à vapeur. Elle apporte une disponibilité permanente et immédiate, de la puissance et de la vitesse. Mais une locomotive électrique coûte plus du double du prix d’une locomotive à vapeur à l’époque et les frais d’électrification d’une ligne sont considérables et demandent plus d’une décennie avant d’être rentabilisés. Donc, elle ne sera rentable que sous la condition, toutefois, que le trafic soit très intense. Alors, pour les ingénieurs des années 1910 à 1930, la locomotive à vapeur vaut encore d’être perfectionnée, surtout sur le plan du rendement.

Les limites du progrès.

Les ingénieurs de l’époque voudraient appliquer aux locomotives les progrès effectués par la machine à vapeur dans d’autres domaines comme les machines fixes industrielles, les machines de marine, etc. Le problème est que la locomotive à vapeur doit respecter le gabarit ferroviaire qui est très restrictif en largeur et en hauteur. Donc, toute augmentation de l’appareil producteur de vapeur ne peut se faire que dans le sens de la longueur.

Pour augmenter la production de vapeur, donc la puissance, il faut allonger la locomotive, mais les contraintes d’inscription en courbe, elles aussi, limitent la longueur d’une locomotive classique : il faut l’articuler, c’est-à-dire la faire en deux ou trois parties.

Les Américains osent tout, les premiers, comme d’habitude.

Dès les premières années du XXe siècle, les chemins de fer des USA, qui forment le premier réseau du monde avec plus de 400 000 km de lignes, songent à des locomotives dites « Triplex » qu’ils osent construire et faire rouler. Pire encore : ils projettent, sans avoir froid aux yeux, des « Quadruplex » qu’ils n’auront même pas le temps de construire et de faire rouler avant que la Première Guerre mondiale ne vienne tout gâcher.

La « Triplex Mallet » est bel et bien une locomotive dinosaure avec vingt-quatre roues motrices. Véritable « trois en un », cette locomotive articulée dite « Triplex » est souvent modestement présentée comme une «  locomotive-tender » dans la presse américaine. Quand on sait qu’elle pèse 388 tonnes, on commence à comprendre que cette locomotive est monstrueuse. Mais cela ne suffisait pas pour la rendre performante…

Les problèmes du Virginian.

Le « Virginian Railroad » est une rude ligne située à l’ouest de Roanoke, en Virginie, plus précisément entre Elmore et Clarks Gap. Elle comprend une rampe de 21 pour mille, longue de 18 km, et très sinueuse, avec de très nombreuses courbes d’un petit rayon de l’ordre de 150 mètres seulement. Bref, voilà tout ce qu’il faut pour déplaire à la locomotive la plus courageuse…

Comme beaucoup de réseaux américains des années 1910 et 1920, le « Virginian » résout le problème grâce aux locomotives articulées système Mallet. Ceci se fait dès 1912 avec des imposantes 140+041, puis, en 1918, des 150+051 qui sont tellement énormes qu’il faut les acheminer depuis l’usine Baldwin avec leur cabine et leurs cylindres démontés. En effet, ces pièces engagent le gabarit, pourtant très généreux aux États-Unis !

Ces machines sont capables, lors d’essais, de remorquer un train de 2400 m de long pesant 15 500 t, soit, de très loin, un record mondial à l’époque : songeons que les trains les plus lourds en Europe ne dépassent guère 3 000 t, et aux USA environ 10 000 t. Mais cela ne suffit pas encore : la demande de transport de charbon est telle qu’il faut encore plus de puissance pour faire face à des trains encore plus longs, encore plus lourds.

Les problèmes de l’« Erie », aussi.

Le réseau de l’ « Erie » connaît des problèmes de traction analogues, et l’un de ses ingénieurs innove sous la forme d’une « Mallet » allongée comportant trois trains moteurs au lieu de deux. C’est comme si le tender, en quelque sorte, participait à l’effort de traction, ceci conformément au brevet de l’ingénieur américain Henderson déposé en 1912.

Ce réseau fait construire une machine à trois « trucks » de quatre essieux moteurs et six cylindres, dit compound, les deux cylindres haute pression étant centraux. La locomotive est du type 140+040+041, dit « Triplex ». La locomotive est très belle, et pèse 377 tonnes. Mais la chaudière de la locomotive arrive difficilement à fournir la quantité de vapeur nécessaire et après les essais prolongés des trois prototypes construits, l’ « Erie » abandonne ses « Triplex ».

La « Triplex » du Virginian les résout-elle ?

Le « Virginian » reprend le problème à son compte et fait fabriquer par Baldwin une autre « Triplex » avec des cylindres ayant un volume en meilleur rapport avec les possibilités de production de vapeur de la chaudière. Mais, surtout, on prolonge le tender vers l’arrière pour en augmenter la capacité de transport de charbon et d’eau, ce qui vaut à ce tender de reposer sur un bogie plutôt qu’un simple bissel, la locomotive passant au type 140+040+042.

Cette « Triplex » est utilisée comme locomotive de pousse sur une ligne à fort trafic de charbon, et peut pousser des trains de 23 500 t aux essais avec une « Mallet » 130+031 en tête ! Des fuites chroniques dans les articulations des tuyaux conduisant la vapeur aux trains articulés avant et surtout arrière réduisent le rendement de la locomotive. Voilà qui fait que, avec le pragmatisme des ingénieurs américains, que la locomotive est séparée en deux locomotives distinctes, les deux premiers « trucks » donnant une 140+040 articulée classique à qui on ajoute un tender séparé, et le troisième train donnant une 142 à qui on ajoute aussi un tender séparé. Les fantastiques « Triplex » ont vécu.

Locomotive-tender ou locomotive à tender moteur ?

Cette fin de la « Triplex », coupée en deux, n’est pas en rupture technique avec la constitution même de la locomotive, pour ne pas dire qu’elle était tout à fait possible. En effet, si certains auteurs présentent la locomotive comme une locomotive-tender, ils n’ont pas tout à fait raison : une locomotive-tender n’a qu’un seul châssis portant sur lui l’ensemble de tout ce qui constitue la locomotive, y compris le tender sous la forme de caisses à eau et de soutes à charbon. Ce n’est pas le cas de la « Triplex » qui est bien composée de deux véhicules ayant chacun leur propre châssis.

Sur la « Triplex », la partie arrière, formant tender, est bien un véhicule séparé. La locomotive est une 140+040 Mallet articulée classique, et elle a un tender à quatre essieux moteurs, alimenté par un système de tuyaux de vapeur articulés apportant la vapeur basse pression qui a déjà travaillé dans les cylindres haute pression de la locomotive. La vapeur ayant travaillé dans les cylindres basse pression du tender s’échappe ensuite par une cheminée arrière, placée sur le tender même, après avoir quelque peu réchauffé l’eau du tender, ce qui fait économiser du charbon puisqu’il y a récupération d’énergie.

L’idée du tender-moteur est très ancienne : l’anglais Sturrock l’essaie en 1863, mais sans succès pour des raisons d’étanchéité des tuyaux articulés apportant de la vapeur à haute pression. Son idée est bonne, car elle permet de transformer le tender, véhicule représentant un fort poids mort, en véhicule dont le poids considérable participe à l’effort de traction, et augmentant donc l’adhérence de la locomotive.

C’est ainsi que, sur la « Triplex », 90% du poids de la locomotive, tender compris, est un poids adhérent – terme utilisé pour désigner la partie du poids total reposant sur les roues motrices – alors que, sur une locomotive classique à tender inerte, on est déjà heureux d’avoir un poids adhérent de 50 à 70%. C’est ce poids adhérent remarquable qui permet à une « Triplex » de décoller un train de 250 wagons, pesant 16 200 tonnes, et de le faire rouler à 22 km/h. Cet exploit correspond à 59 tonnes d’effort au crochet de traction, soit un record mondial. Il fallut pousser le train, au démarrage, avec d’autres locomotives en queue, car les ingénieurs craignaient que, devant un tel effort, les attelages du train ne se brisent les uns après les autres !

Caractéristiques techniques :

Type : 1-4-4-4-2

Date de construction : 1916

Moteur : 6 cylindres compound

Cylindres haute pression : 834 × 813 mm

Cylindres basse pression : 834 × 813 mm

Diamètre des roues motrices : 1422 mm

Pression de la chaudière : 15,116 kg/cm2

Surface de la grille du foyer : 10,1 m2

Masse : 382,8 t

Longueur : 29,9 m

Pendant qu’on y est, pourquoi pas une « Quadruplex » ?

Les Belges s’y mettent en 1931.

Passionné par la traction à vapeur, l’ingénieur italien Franco réussit à persuader le réseau belge de construire une locomotive extraordinaire dont la puissance surpasserait celle des locomotives électriques. Il fait établir une machine articulée en trois parties dont l’élément central comporte une grande double chaudière timbrée à 15 kg/cm2, alimentée par deux grands foyers centraux séparés par une cloison oblique, et dont chaque gueulard donne dans une des deux cabines aménagées pour loger deux chauffeurs (voir le plan ci-dessous). Des conduits articulés mènent la vapeur aux deux éléments extrêmes comportant les appareils de préchauffage, puis est redistribuée aux moteurs de chaque élément articulé.

Franco allègue qu’une telle disposition, avec deux chaudières indépendantes, permet une meilleure productivité qu’une seule chaudière de dimensions doubles, car la plus grande multiplication des tubes augmente la surface de chauffe, la réduction des dimensions des foyers donne des foyers plus solides et dont les voûtes en briques sont moins fragiles et moins problématiques à établir. En plus, on a la possibilité de nettoyer un des deux foyers sans intervenir sur l’autre, ce qui, en cas de forte demande, laisse la possibilité de fonctionner avec une locomotive si l’on peut se contenter d’une demie puissance.

Ainsi, on a trois éléments moteurs, le central avec quatre cylindres et chaque élément extrême avec deux cylindres chacun. L’élément central comporte quatre essieux moteurs et les autres trois essieux moteurs. On a, en totalité, une locomotive à huit cylindres et dix essieux moteurs, sans compter cinq essieux porteurs répartis sur la longueur de la locomotive. Elle est donc du type 031+12121+130T, si toutefois on peut pousser jusque-là le système classique de numérotation des essieux porteurs et moteurs.

La grande place disponible sur les trois châssis permet de loger des systèmes de préchauffage de l’eau d’alimentation par récupération de la chaleur des gaz du foyer à l’échappement, ce qui permet de réchauffer cette eau jusqu’à une température proche de 100 degrés : l’économie de combustible est ainsi considérable. Les réchauffeurs sont de grandes dimensions et occupent, chacun, un des deux châssis d’extrémité – chose qui serait impossible sur une locomotive classique. En outre le foyer est humidifié, ce qui améliore la combustion et alourdit les cendres qui sont entrainées vers les réchauffeurs où elles s’accumulent et sont plus facilement extractibles que dans le cas d’une chaudière classique. Ceci réduit le temps d’immobilisation au dépôt pour le nettoyage.

Le niveau d’eau dans les chaudières est supérieur à celui des réchauffeurs, ce qui fait que ces derniers tendent toujours à être remplis au maximum et, en cas de forte déclivité, les réchauffeurs constituent ainsi une réserve d’eau importante dans laquelle on peut puiser pour maintenir le niveau des chaudières. Ce perfectionnement résout un problème fâcheux rencontré sur les locomotives classiques qui, dans une forte déclivité, peuvent, faute d’eau et faute de pouvoir en pomper rapidement depuis le tender, risquer l’explosion de la chaudière.

Franco estime qu’avec du charbon de qualité moindre, on obtiendra une puissance équivalente ou même supérieure à celle des locomotives classiques, ce qui permet une économie de l’ordre de 20 % dans les coûts de traction.

Les essais de la Franco : un franc succès, tempéré par des handicaps franchement insurmontables.

Comme il est de tradition dans l’histoire de l’innovation ferroviaire, toute locomotive exceptionnelle et sortant des sentiers battus est essayée avec enthousiasme – au moins de la part de son créateur, les compagnies restant souvent sceptiques… Et, toujours selon la même tradition, on finit par prouver que la machine en question tient certes certaines de ses promesses. Mais ce qu’elle résout d’un côté, elle ne le résout pas de l’autre et laisse, en conséquence, de nouveaux problèmes à résoudre, ou n’en résout pas d’anciens.

La machine est essayée sur la grande ligne de Bruxelles au Luxembourg, ou plus précisément, du dépôt de Schaerbeek jusqu’à la frontière luxembourgeoise, c’est-à-dire sur une ligne qui connaît de très importants problèmes de traction de trains très lourds. Elle peut ainsi disposer de toutes ses chances de montrer ce qu’elle « a dans le ventre » et donner un maximum. Un convoi de plus de 1200 tonnes, un poids dépassant de très loin la moyenne pour les trains les plus lourds de l’époque, est remorqué à 24 km/h sur des rampes de 16 pour mille. C’est incontestablement brillant, mais…

Mais… la complexité de l’engin, sa très grande longueur lui interdisent l’accès aux dépôts et son « virage » sur les ponts-tournants et autres « plaques », une puissance de l’ordre de 2200 ch. déjà dépassée par des locomotives électriques qui promettent, plus la présence de trois hommes pour la conduite, voilà les lourds handicaps qui lui valent de rester sans descendance.

Caractéristiques techniques.

Type : 031+12121+130T

Date de construction : 1931

Moteur : 8 cylindres simple expansion

Cylindres : 610 × 660 mm

Diamètre des roues motrices : 1370 mm

Masse : 249 t

Longueur : 31 m

Vitesse : 100 km/h

Plus fort encore, en 1933, et pour la Russie cette fois.

Une seconde locomotive est prévue en 1933 et pour les chemins de fer russes et, d’elle, on ne connaît que ses plans parus dans la presse spécialisée anglaise d’époque. Elle est illustrée par la planche couleurs ci-dessous. Elle comporte trois groupes d’essieux moteurs, un de quatre, un de huit sous un châssis unique regroupant deux fois quatre essieux, et un autre de quatre. Le total est donc de seize essieux moteurs. Un bissel avant, deux bissels centraux, puis deux autres bissels centraux, et un bissel arrière accompagnent ces seize essieux moteurs, donnant une locomotive du type 141+181+141. Il est à noter que huit essieux moteurs sous un châssis rigide, même s’ils sont accouplés par deux groupes, constitue un record mondial en la matière. Il ne semble pas, faute d’information et sous toutes réserves, que cette machine ait été effectivement construite.

Mais les Russes, de leur côté, continueront d’essayer des dinosaures et auront fort à faire pour faire rouler, dans les années 1940, une mystérieuse locomotive prototype du type 272, nommée « A.Andreev » (et « AA » pour les intimes), véritable dévoreuse de rails et de voies qu’elle brise sous elle… Elle sera rapidement retirée et ferraillée, toute honte et rêve de grandeur surmontés.