Il ne s’agit pas de ces « belles américaines » des années 1950, avec leurs chromes, leur obus chromés sur leur calandre, et leurs interminables ailerons, et leur poids à rendre malade l’écolo le plus blasé et le plus laxiste. Non, il s’agit bien du chemin de fer américain. On a oublié que bien des monstres ferroviaires américains ne furent pas seulement des locomotives à vapeur. Il y eut, par exemple, la « Bipolar », monstre digne de « Jurassic Park », et la tout aussi fascinante GG aux formes très tourmentées. Chacune dépasse les 200 tonnes sur le pèse-personne ! Amateurs de sobriété et de retenue, de dénuement et de dépouillement, de pistes cyclables et de pédaliers pour gros mollets et de casques donnant un air renfrogné, ne lisez pas ces pages. Ou prenez la précaution de commander une ambulance à pédales pour vous emmener à l’hôpital situé à 50 km de votre chaumière verte.
La « Bipolar » ? Non, elle ne circule pas du Pôle Nord au Pôle Sud, et n’a rien à voir avec les maladies dites « bipolaires » depuis peu de temps et leurs problèmes psychiatriques. C’est une locomotive très spectaculaire, avec un poids respectable de 240 tonnes. Elle roule sur pas moins de 28 roues, et elle serait, en quelque sorte, l’équivalent de la « Big Boy » ou de la « Triplex », mais dans le monde de la traction électrique. Un monstre immense, fascinant, original et, en plus, techniquement différent jusque dans ses moteurs directement calés sur les essieux, sans engrenages, selon le fameux système dit « gearless » que les Américains affectionnaient volontiers avant la Première Guerre mondiale.
Le dernier transcontinental sera-t-il électrique ?
La compagnie du « Chicago, Milwaukee, Saint-Paul & Pacific Railroad », enfin, touche le Pacifique en 1909 au terme de sa course vers l’ouest, réalisant le quatrième transcontinental américain. Elle achève ainsi la dernière grande ligne transcontinentale, quarante après la première qui fut celle de l’« Union Pacific et du Central Pacific », inaugurée à Promontory-Point en 1869.
Mais ici, on ne passe pas par l’Utah brûlant et sauvage : la route choisie est celle du vert et frais Montana, très au nord par rapport aux autres lignes concurrentes, la ligne longeant à distance la frontière du Canada. La compagnie mise sur un nouveau mode de traction qui n’a pas encore fait ses preuves à l’époque : la traction électrique. Cette électrification est une grande première dans le monde, car elle est la démonstration que la locomotive électrique est apte aux grandes distances, aux grandes vitesses, et aux grandes puissances, et peut enfin quitter son univers de tramways, de métros, de lignes de montagne dans lequel les ingénieurs, jusque-là, la reléguaient.
Une électrification inachevée.
Les travaux d’électrification demandent environ huit années pour venir à bout d’une électrification partielle de la ligne de Chicago à Tacoma et Seattle, sur le Pacifique. Effectuée seulement par sections, cette électrification laisse place à une exploitation provisoire en traction vapeur. En 1913 une section de ligne est électrifiée en 3000 v continu entre Otello (Washington) et Tacoma et Seattle, franchissant la chaîne de la Cascade sur 350 km. Puis, en 1916, une nouvelle grande électrification est mise en service, entre Harlowton et Avery (Montana), sur la même ligne avec une tension de 3000 v en courant continu. Cette électrification sur 708 km permet, dès 1916, à 42 locomotives électriques de remplacer 112 locomotives à vapeur, et les sévères rampes à 20 pour mille, s’étendent sur 34 km. On trouve même d’incroyables rampes de 100 pour mille sur 74 km cumulés, demandent aux locomotives électriques une double performance : la traction et le freinage. L’opération est un succès, du moins pendant quelques années, jusqu’à la faillite de la compagnie, qui se dit victime des coûts de l’électrification – ce qui n’arrangera pas l’image de marque de ce mode de traction que les Américains n’aiment pas beaucoup.
Jamais la ligne ne sera entièrement électrifiée, et il manquera 340 km entre Otello et Avery, sur les 1 400 km de la grande ligne. C’est sans doute bien une des raisons qui entraînent la faillite de la compagnie qui ne pouvait exploiter un ensemble à la fois cohérent et économique. Et pourtant la traction électrique enlève, sur cette ligne difficile, des trains de marchandises de 2 800 à 3 000 t, et réduit le temps de trajet de 15 à 9 heures, faisant passer la vitesse moyenne de 29 à 41 km/h. La consommation n’est que de 26 kWh par tonne/km brute remorquée, ceci grâce au freinage par récupération de l’énergie dans les descentes. Les caténaires sont tendues à l’américaine, c’est-à-dire d’une manière économique et rudimentaire, sur des poteaux en bois sommairement dégrossis. Le courant électrique est transporté par des lignes en courant triphasé à 10 000, ou 50 000 ou même 66 000 v, produit par des centrales locales appartenant à des particuliers, et alimentant directement les 14 sous-stations réparties le long de la voie.
Oser jusqu’à 3 000 volts.
Au début du siècle, le moteur à courant continu apparaît, à juste titre d’ailleurs, comme le meilleur moteur possible pour le chemin de fer. Les systèmes d’alimentation sont d’abord en 600 v, notamment sur les réseaux urbains, puis, à partir de 1903, lorsque l’on envisage l’électrification des grandes lignes de chemin de fer, les ingénieurs essaient des tensions de 1 000 v puis de 1 500 v. C’est ainsi que quelques réseaux allemands ou suisses sont équipés en 1 500 v, et la firme Siemens équipe un réseau minier en Lorraine (Maizières-les-Metz) en 2 000 v à titre d’essai.
Aux États-Unis la tension de 1 200 v est choisie sur les premiers réseaux interurbains (« Baltimore – Annapolis », ou « Indianapolis – Louisville », etc.) puis, en 1913, la General Electric équipe en 2 400 v les lignes minières du « Butte, Anaconda & Pacific » dont les 50 km de lignes ont des rampes à 30 pour mille.
En 1915, le « Chicago – Milwaukee – Saint-Paul & Pacific » (couramment appelé le « Milwaukee », chez les intimes) effectue la première grande électrification mondiale sur une longue distance en poussant la tension jusqu’à 3 000 v après une étude en 2 400 v, ceci sur la portion de ligne (705 km) reliant Harlowton à Avery, dans la traversée des Rocheuses. Un essai à 6 000 v est entrepris, mais sans lendemain du fait des problèmes techniques posés par une aussi haute tension. Donc le courant continu 3 000 v reste la plus haute tension pratiquée pour les électrifications ferroviaires en courant continu, et c’est bien le « Milwaukee » qui l’a imposé. Notons que si quelques pays européens comme l’Italie, la Belgique, l’Espagne ou la Pologne l’ont adopté, les autres électrifications européennes en continu l’ont été en 1 500 v, ce qui est le cas en France ou en Hollande notamment.
Mais, bien sûr, le succès de cette électrification américaine, renforcé par la présence spectaculaire des « Bipolar », a été à l’origine de grandes électrifications en courant continu dans le monde entier.
Les « Bipolar » au travail.
Chefs-d’œuvre de la « General Electric », ces cinq énormes machines sont construites, entre 1918 et 1920, pour le trafic voyageurs, avec la remorque de trains pouvant peser jusqu’à 900 t sur les rampes à 20 pour mille. Les douze essieux moteurs comportent douze induits calés directement, l’axe du moteur étant l’essieu lui-même. Cette solution offre l’avantage de la robustesse et de la simplicité, mais pose des problèmes de suspension dont il faut limiter le débattement, tandis que les masses non suspendues, importantes, donnent une tenue de voie médiocre. Ces locomotives firent toutefois un excellent service jusqu’aux années 1970, remorquant les trains de voyageurs rapides à travers les rocheuses comme le fameux « The Olympian », fierté du « Milwaukee ». Sur les cinq locomotives, quatre ont été ferraillées et l’une d’elles, donc, a été heureusement conservée, et on peut la voir aujourd’hui au musée de St Louis, dans le Missouri.
Pourquoi le nom « Bipolar » ?
Ce nom vient du fait que les moteurs de cette gigantesque locomotive ont seulement deux pôles. Oui, pas 24 ou 48 pôles… Deux, pas plus, formant le moteur électrique le plus rudimentaire de l’histoire de la traction électrique et même de l’histoire de l’électricité. Digne d’un train-jouet ou d’un laboratoire des années 1880, cette disposition très simpliste est dictée par le fait que la locomotive n’a pas d’engrenages : les rotors des moteurs sont directement calés sur les essieux. Or ceux-ci doivent pouvoir jouer librement dans le plan vertical, pour permettre les débattements de la suspension. Si l’on dispose des pôles tout autour du rotor, celui-ci risque d’aller « coller » contre le pôle supérieur ou inférieur, en fonction des inégalités de la voie. C’est pourquoi les ingénieurs ne mettent que deux pôles dans le moteur, disposés à l’horizontale, de part et d’autre du rotor. Mais cette disposition limite la puissance du moteur, d’où leur multiplication sous la locomotive.
Les techniques du « gearless ».
La locomotive « Bipolar » est dite « gearless », c’est-à-dire une « sans engrenages ». Cette technique, rarement utilisée en traction électrique, vise à éviter les complications et la fragilité des transmissions par engrenages qui « encaissent » mal les grands efforts de traction que le chemin de fer impose. Ces transmissions s’accomodent très mal des débattements nécessaires pour les essieux qui doivent pouvoir jouer librement en hauteur sur quelques centimètres pour la suspension.
La réponse est de se passer purement et simplement d’engrenages en construisant directement le moteur autour de l’essieu moteur des roues motrices. L’axe du rotor du moteur est, géométriquement et mécaniquement, le même que celui des roues motrices. Le moteur tourne donc à la même vitesse que les roues. Le système est bon, mais il reste le problème du jeu vertical réclamé par la suspension.
Or une partie du moteur, le rotor (ou induit), est solidaire de l’essieu, et l’autre, le stator (ou inducteur), est solidaire du châssis de la locomotive. Le solution est donc de faire un moteur ouvert vers le haut et le bas, ne comportant que deux pôles situés à l’horizontale de l’essieu et l’encadrant, ce qui permet le jeu vertical du rotor.
D’autres locomotives ont comporté un système d’arbre creux solidaire du rotor, entourant l’essieu des roues, et relié à ce dernier par une articulation à cardan. Mais, déjà, c’est introduire la complexité et la fragilité…
Caractéristiques techniques :
Type : 1BD-DB1
Date de construction : 1918
Courant : 3 000 v continu
Puissance totale : 3 300 kW
Moteurs de traction : 12 × 275 kW
Effort de traction maximal à la jante : 41, 5 t
Diamètre des roues motrices : 1118 mm
Diamètre des roues porteuses : 914 mm
Masse : 240 t
Charge par essieu : 17, 3 t
Poids de la partie électrique : 106 t
Poids de la partie mécanique : 134 t
Longueur : 23, 16 m
Vitesse maximale : 110 km/h
Vitesse normale en service : 42 km/h
La « GG1 » du « Pennsy » : la vitesse, le poids, mais le « look », surtout.
Fantastique ! Un « look d’enfer » ! Les qualificatifs les plus élogieux n’ont jamais manqué pour cette locomotive électrique complètement mythique et adorée dans le monde entier. La « GG1 » est une locomotive qui a ses fanatiques, ses inconditionnels, qui ne jurent que par elle et estiment que rien d’autre n’a jamais roulé sur une voie de chemin de fer…. ou si peu, si inintéressant, si négligeable. La « GG1 », c’est autre chose, et ces 216 tonnes de métal aux formes tourmentées fascinent toujours, même si le sol de la Pennsylvanie ne tremble plus sous leurs 20 roues martelant, à grande vitesse, les joints alternés des rails et les pointes de cœur en fonte des lourdes voies américaines enfin parfaitement posées.
En 1928, le « Pennsylvania » décide d’électrifier la plus belle ligne des États-Unis.
En 1928 le grand réseau américain du « Pennsylvania » décide d’électrifier sa prestigieuse ligne New York – Washington, longue de 370 km, établie à 4 ou 6 voies. Avec une généralisation de la charge de 34 t par essieu, soit le double de ce qui se pratiquait couramment en Europe à l’époque, avec des vitesses de plus de 140 km/h, le vieux « Pennsy » se réveille et frappe fort !
Une longueur totale de 2444 km de voies à électrifier attend les ingénieurs, sans compter une puissance de 816 millions de kW à fournir chaque année par sept centrales et quarante-et-une sous-stations à construire. Le courant traction sera du monophasé 11 kV. On envisage la circulation d’une soixantaine de trains réguliers quotidiens pour le transport des marchandises et environ cent trente trains pour les voyageurs. C’est chose faite lors de l’inauguration en 1933, mais la demande de transport augmente tellement qu’il faut songer à de nouvelles locomotives, encore plus rapides, encore plus puissantes : ce seront les fameuses « GG1 », sorties en 1934, qui relèveront le défi en roulant à 160 km/h.
La compagnie du « corridor ».
Le « Pennyslvania railroad » est l’une des plus puissantes et dynamiques compagnies de chemin de fer des USA, et son âge d’or est l’entre deux guerres. Elle dessert la côte est des États-Unis, notamment le précieux « corridor » reliant Boston à New-York et à Washington.
Il faut des trains rapides et fréquents entre ces grandes villes, et l’accroissement des performances et des poids des trains met rapidement à bout de souffle les plus puissantes locomotives à vapeur. La traction électrique est donc envisagée et la ligne est entièrement électrifiée en courant alternatif monophasé 11 000 volts 25 Hz dès 1933, avec captage du courant traction par une ligne caténaire aérienne. C’est une solution très évoluée et qui préfigure les électrifications actuelles en monophasé de fréquence industrielle SNCF.
La naissance d’un monstre.
La disposition d’essieux 2C2, 2D2 ou 2CC2 est, à l’époque, ce qui se fait de mieux en matière de locomotives de vitesse dans le monde. Les ingénieurs européens et américains restent prudemment fidèles aux essieux moteurs solidaires d’un châssis rigide et aux bogies porteurs extrêmes pour le guidage de la locomotive et son inscription en courbe. Par souci de sécurité et de fiabilité, ils restent dans la grande tradition de la locomotive à vapeur, et font du robuste et du généreusement dimensionné.
Devant la masse des trains à remorquer et devant le poids des douze moteurs très puissants qu’il faut installer, le « Pennsylvania Railroad » choisit la formule 2CC2, suivant en cela l’expérience acquise par le réseau du « New-York, New Haven & Hartford » qui l’a utilisée avec succès sur ses P5. La réussite est totale. La locomotive est capable de remorquer à 160 km/h des trains de 20 voitures pesant 1600 tonnes, enlevant le tout avec une aisance surprenante, puisque capable de fournir 3 680 kW en régime normal, mais capable aussi de donner un « coup de collier » de plus de 6 000 kW (soit plus de 8 000 ch !) quand il le faut. La puissance des locomotives à vapeur est dépassée de très loin.
Entre 1935 et 1943, une série de 139 locomotives type « GG1 » est construite par les ateliers du réseau situés à Altoona, ou par les firmes comme Baldwin, ou General Electric qui fournit aussi, avec Westinghouse, les équipements électriques pour l’ensemble des fabricants.
Même Amtrak les aime…. ou, du moins, fait avec.
Réalisant quotidiennement des exploits en tête de trains très lourds, composés d’une vingtaine de voitures remorquées facilement à 160 km/h comme prévu, les GG1 savent se rendre indispensables sur le réseau. Lors des pointes de trafic, notamment celles occasionnées par la Seconde Guerre mondiale, ces locomotives arrivent à déverser jusqu’à 175 000 voyageurs par jour, arrivés de tous les États-Unis, dans la grande gare du « Pennsylvania » à New York.
L’arrivée de la traction diesel pendant les années 1940 ne leur fait pas de l’ombre. Elles passent pour équivaloir jusqu’à 4 locomotives diesel, même des années 1960 ou 1970, en ce qui concerne la puissance de traction brute. Leur grande qualité est qu’elles montent plus rapidement en vitesse, atteignant facilement 170 km/h en cas de besoin.
Ces magnifiques machines restent en service jusque sous le règne d’Amtrak, la société nationalisée qui reprend l’ensemble du transport national des voyageurs des États-Unis en 1970-71. Les dernières « GG1 » roulent jusque durant les années 1980. Mais pour « venir à bout » des « GG1 », Amtrak a dû attendre la production de ces locomotives électriques surpuissantes que sont les « AEM7 ». Et encore… ce n’est pas le dernier mot des « GG1 » : le réseau du « New Jersey » récupère un maximum de ces locomotives pour la traction de très lourds trains de banlieue dont la remorque excède la puissance des locomotives diesel des années 1980. Quelques exemplaires ont été religieusement préservés, notamment dans les musées d’Altoona (N°4813) et de Strasburg (N°4935)…en Pennsylvanie, bien sûr !
Celle qui s’est couchée une fois aux pieds du président des États-Unis… ou, peut-être, deux fois.
Ces pesantes locomotives, en tête de trains de plusieurs milliers de tonnes, avaient parfois des problèmes de freinage et l’une d’elles, en 1953, traversa les heurtoirs de la gare de l’ « Union Station » à Washington et finit en tête des quais, au-delà des guichets d’accès, avant de plonger dans le sol, restant en équilibre après avoir crevé le plafond des voies du niveau inférieur…
Ce n’est pas, pour autant, ce qui dérangerait un chef de gare américain, mais le problème est (« but the prob is… ») que, cinq jours après, le Président Eisenhower doit présider une importante cérémonie dans la gare et faire un discours attendu. Aucun moyen de levage ne permet de sortir en si peu de temps les 216 tonnes de métal encastrées dans le sol, soit en les levant, soit en les descendant par le niveau inférieur de la gare. Les ingénieurs trouvent une solution : construire l’estrade présidentielle par-dessus la partie de la locomotive dépassant du niveau du sol, et décorer le tout avec un goût voyant et une profusion de tissus tricolores. Ce fut fait en une nuit. Personne, le lendemain, ne put soupçonner ce qui se trouvait sous le Président de la première puissance mondiale. Les jours suivants furent tranquillement mis à profit pour démonter et désincarcérer la locomotive avec discrétion.
On notera que d’autres sources placent cet événement en 1941, pendant la Seconde Guerre mondiale et sous le président Roosevelt qui aurait donc prononcé l’important discours annonçant l’entrée en guerre des USA. Il aurait parlé sur une estrade dissimulant et coiffant une GG1 déraillée : il n’y aurait rien d’étonnant dans le fait qu’il y aurait eu deux déraillements différents, les États-Unis étant le pays des extrêmes, mais il semblerait plus vraisemblable que, une fois encore, les journalistes soient des pratiquants passionnés des « fake news » … déjà.
« La laideur se vend mal » a dit un connaisseur.
La « GG1 » est une belle locomotive, ou, disons, qu’elle a une esthétique particulière qui ne laisse pas indifférent : Raymond Loewy est passé par là. Né à Paris en 1893, l’Américain Raymond Loewy est le créateur, en 1929, de ce que l’on appelle le « design » industriel et sa théorie est que la beauté d’in objet technique naît de l’amélioration de ses fonctions, et, seule, peut en développer le succès commercial. Des automobiles « Studebaker » à la bouteille de « Coca-Cola », son oeuvre est immense, et comprend aussi des locomotives et des trains remarquables.
« La laideur se vend mal » est le titre d’un livre de Raymond Loewy, et il y décrit l’impression inoubliable faite sur lui durant son enfance française par les locomotives « Coupe-Vent » du PLM qui, à l’époque, étaient, pour lui, les plus belles du monde. Le jeune Raymond, âgé de 12 ans, aimera les locomotives toute sa vie.
La grande aventure ferroviaire de Raymond Loewy commence, très modestement, par une commande de corbeilles à papier destinées à la gare du « Pennsylvania » de New York (maintenant reconstruite, hélas). Mais Loewy parvient à donner quelques suggestions pour ce qui est de la ligne des locomotives, notamment les GG1. Loewy dessinera intégralement d’autres locomotives comme les « K4s » et d’autres encore plus surprenantes comme la « T1 » qui ressemble à une fusée interplanétaire telle que l’époque l’imaginait.
Caractéristiques techniques de la « gg1 »
Type : 2CC2
Date de construction : 1934
Courant traction : monophasé 11 000 v 25 hz
Puissance : 3 680 kW
Moteurs : 12 x 305 kW
Masse : 216 t
Longueur : 24, 30 m
Vitesse : 160 km/h
En guise de conclusion : une « GG1» du PLM français ?
Oui, en France, nous avons eu nos « GG1 »… Commandées en 1927 à la firme Batignolles pour la partie mécanique et Oerlikon pour la partie électrique, ces impressionnantes locomotives sont destinées à la traction de trains rapides sur de grandes lignes que le PLM n’électrifiera pas en fin de compte. Elles firent leurs essais et toute leur carrière sur la ligne de Culoz à Modane dite de la Maurienne. Elles sont, en quelque sorte, la réponse française au défi américain représenté par les locomotives électriques géantes.
Le problème est que le PLM est, par excellence, réseau des électrifications plutôt prévues que réalisées. Ce très grand réseau qui relie Paris au sud-est de la France aurait dû, logiquement, électrifier ses grandes lignes grâce à la proximité de la houille blanche des Alpes. Il entreprend des essais sans suite dès 1910 entre Cannes et Mouans, puis électrifie la ligne de la Maurienne en 1923-25. Mais si d’autres réseaux comme ceux du Midi et du Paris-Orléans entreprennent à partir des années 20 une véritable électrification, le PLM s’arrête pratiquement là, abandonnant surtout la grande électrification Paris-Lyon-Marseille-Nice tant attendue, ceci pour des raisons financières officiellement.
L’électrification de cette grande ligne ne sera faite qu’au lendemain de la Deuxième Guerre mondiale par la SNCF qui, en 1938, lors de sa constitution par fusion des anciens réseaux français privés, songe déjà à entreprendre cette œuvre de longue haleine sans cesse remise.
La « 2CC2 » : puissance et vitesse à la française.
Elles préfigurent ce que la locomotive de vitesse PLM aurait pu être si les grandes lignes avaient été électrifiées durant les années 30. Comportant deux « trucks » ayant chacun un bogie porteur et trois essieux moteurs, elle est donc bien du type 2C+C2, et son long châssis à longerons comme ses bogies porteurs montrent encore la prédominance de la conception vapeur en matière de locomotives électriques.
La transmission par engrenages latéraux comporte des pignons à 27 dents portés par les arbres moteurs attaquant des pignons à 86 dents solidaires d’ « arbres creux » entourant les axes des essieux moteurs et reliés à eux par des biellettes élastiques.
La puissance de la locomotive est considérable pour l’époque : elle atteint 5 300 ch, soit le double des locomotives à vapeur les plus performantes et de même poids et longueur, tender compris. Elle peut rouler à 130 km/h, mais jamais, dans les faits, elle ne fera un service de trains rapides correspondant à cette vitesse : elle se contentera de hisser des trains de 600 à 800 tonnes à 80/90 km/h sur les dures rampes de la Maurienne.
Caractéristiques techniques DE LA 2CC2 PLM.
Longueur : 23,80 m.
Poids : 159 t.
Vitesse maximale : 130 km/h.
Courant : 1 500 v continu.
Puissance maximale : 5 340 ch.
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