Que les lecteurs de ce site se rassurent : il s’agit d’une locomotive et l’auteur de ce site ne sera donc pas poursuivi pour cause de néo-sexisme antiféministe d’ultra-gauche avec récidive. Allez-la voir, cette belle locomotive, à la « Cité du Train-Patrimoine SNCF » à Mulhouse. C’est le chef d’oeuvre de l’ingénieur Victor Forquenot, dessiné pour le Chemin de fer de Paris à Orléans en 1873. Superbement peinte en gris, avec de nombreux laitons polis, cette locomotive est le type même de la locomotive de vitesse que la compagnie mit en tête de ses trains les plus prestigieux, y compris le fameux « Sud Express » tracté, déjà, à 100 km/h. Mais si sa légèreté la faisait apprécier par les voies qu’elle savait épargner, son instabilité n’était pas le moindre des défauts de la belle.
Si nous nous intéressons à elle, c’est parce que l’un des très fidèles lecteurs de ce site, le « commandant Alain » (respectons son anonymat) est né à Laon, tout comme Victor Forquenot il y a plus de deux siècles, et s’est étonné qu’aucune rue ou place Forquenot n’existe dans cette belle ville dont les murailles et la cathédrale dominent la Picardie. En deux cents ans, les maires de Laon ont eu le temps de réflechir… et feraient bien de remettre la question à l’ordre du jour.
Le chef-d’œuvre d’un ingénieur exceptionnel.
Victor Forquenot de La Fortelle, né à Laon en 1817, et mort à Bouvancourt en 1885, est un brillant ingénieur qui fait ses études à l’École Centrale des Arts et Manufacture (promotion de 1838). Ouvrier, puis dessinateur, aux Établissements John Cockerill de Liège, puis de Seraing, en 1839 et 1840, il travaille chez différents constructeurs de matériel roulant ferroviaire, et devient dessinateur dans le service d’Émile Clapeyron pour la construction du chemin de fer du Nord.
En 1846, il dessine le matériel de la compagnie du chemin de fer de Tours à Nantes. Puis, en 1852, il est ingénieur du matériel du fameux réseau du Paris à Orléans (PO) dont, en 1859, il est ingénieur en chef du matériel et de la traction. Passionné par la standardisation, dont il est un des innovateurs, il conçoit 19 séries de machines à vapeur dotées du même schéma fondamental entre 1860 et 1874 avec un certain nombre de pièces communes entre elles. En 1864, il crée la locomotive dite « Forquenot 120 » pour les trains rapides, qu’il transformera en « Forquenot 121 » grâce à laquelle la grande ligne Paris-Bordeaux sera la plus rapide du monde à cette époque.
La fin des locomotives « à roues libres ».
Au milieu du XIXe siècle, la locomotive de vitesse à un seul essieu moteur (ou locomotive dite « à roues libres ») ne suffit plus devant la tâche imposée par la traction de trains de plus en plus lourds. En effet, l’unique essieu moteur tend à patiner au démarrage, et augmenter la puissance des chaudières ne sert à rien si l’effort de traction n’est pas transmis correctement.
Le type à deux essieux moteurs s’impose donc dans l’esprit des ingénieurs dès les années 1860, d’abord sous la forme du type 120 dont le manque de puissance demandera une chaudière plus longue, donc un essieu de plus : ce sera le choix entre le type 121 ou le type 220. Pourquoi est-ce que les réseaux français s’entichèrent du type 121, alors que beaucoup d’autres réseaux européens surent passer immédiatement au type 220 avec son bogie avant ? Peut-être la réponse tient dans le poids d’ingénieurs respectés et remarquables comme Forquenot qui pratiquent une politique de prudence et de réalisme.
Les peu connues locomotives « à roues libres » de Forquenot.
En 1862, l’ingénieur Forquenot fait donc construire, lui aussi, une série de locomotives type 111, série 236 à 250 (ultérieurement renumérotées 33 à 47), et il est assez surprenant, plus de 32 années après les débuts du chemin de fer en France, qu’un aussi grand ingénieur revienne à une disposition d’essieux primitive et dépassée, la locomotive à essieu moteur unique, dite « à roues libres ». Mais Forquenot a ses raisons…
La remorque du train poste Paris-Bordeaux.
C’est le meilleur exploit accompli par ces locomotives type 111 que Victor Forquenot fait construire pour le réseau du Chemin de fer de Paris à Orléans en 1862. Le transport du courrier, en effet, est un enjeu important pour le chemin de fer naissant des années 1830 qui a en face de lui la redoutable organisation des malles-poste. Des voitures légères à deux roues, d’excellents chevaux, un système national comportant 1 546 relais bien organisés, utilisant plus de 19 000 chevaux et fournissant immédiatement des chevaux frais à chaque étape, un parcours au trot, voilà de quoi assurer des moyennes respectables dépassant 12 ou même 15 km/h.
La distance moyenne entre les relais était restreinte, et pour Paris-Bordeaux, par exemple, on comptait 53 relais pour 561 km (et 36 h de voyage). Les 34 510 km de routes royales que compte la France en 1835 sont pratiquement toutes en bon état (seulement 11,4 % à 14,5 % de « lacunes » selon l’historien François Caron) et permettent des vitesses importantes.
Ces locomotives Forquenot remorquent le train-poste Paris-Bordeaux à la vitesse moyenne de 50 km/h bien que 17 arrêts soient compris. La charge de ces trains dépassait souvent 150 t. Rien à voir avec la centaine de kilos de courrier et les 15 km/h de moyenne de la malle-poste, performances pourtant déjà remarquables… (Voir notre article sur la ligne de l’État : tapez « Lamming ligne État » sur Google directement).
Des locomotives qui ont raison pour quatre raisons.
D’après l’auteur spécialisé Lucien-Maurice Vilain, grand spécialiste du chemin de fer de Paris à Orléans et du chemin de fer national, auteur d’innombrables ouvrages de référence durant les années 1970 et 1980, ces locomotives sont très intéressantes pour quatre raisons. Elles différent très sensiblement de l’ensemble des autres types 111 construites jusque là par l’ensemble des réseaux français. Elles ont été d’excellentes machines de vitesse à une époque où les 111 de conception ancienne ne pouvaient plus assurer ce rôle. Elles sont bien plus puissantes que les 111 antérieures, et elles sont capables de tracter des trains de 180 t à 85 km/h, assurant plus de 60 km/h de moyenne, faisant aussi bien que les locomotives à deux essieux moteurs contemporaines. Elles sont les dernières locomotives du type 111 construites en France et elles marquent la fin d’une époque, tournant définitivement une page importante en matière de conception de locomotives à vapeur. Enfin, elles ont été capables d’effectuer un service très prolongé, contrairement au cas de l’ensemble des 111 plus anciennes vite dépassées par leur conception archaïque.
Victor Forquenot sait ce qu’il fait, et le fait savoir.
Le choix de Forquenot est dicté par le cahier des charges de la remorque de trains rapides légers. Vers 1850 la locomotive à essieux couplés n’a pas encore montré son aptitude à la vitesse ni surmonté les problèmes posés par la présence de bielles d’accouplement tournant rapidement. Plus simple, plus stable, la locomotive à roues libres est mieux connue des ingénieurs, et, en la surdimensionnant, on peut tirer d’elle encore suffisamment de puissance pour la remorque à 80 km/h de trains de moins de 200 t. Ce n’est que vers 1910 que ces 111 sont supplantées par des 121 en tête des trains rapides, et, en 1916, elles sont réformées.
Caractéristiques techniques.
Type : 111
Moteur : 2 cylindres simple expansion
Cylindres : 400 × 650 mm
Diamètre des roues motrices : 2040 mm
Surface de la grille du foyer : 1,34 m²
Pression de la chaudière : 7,5 kg/cm²
Contenance du tender en eau : 5,4 t
Contenance du tender en charbon : 4,5 t
Masse : 29,5 t
Vitesse : 85 km/h
La transition vers le type 120.
Le passage à deux essieux moteurs est une nécessité, devant le faible poids adhérent des locomotives « à roues libres » qui leur vaut des patinages au démarrage et même en marche. Victor Forquenot concevra donc des 120 remarquables par leur élégance et leurs performances, construites à partir de 1880 pour la « Compagnie de la Vendée » par les établissements « Schneider » et « Fives-Lille ». Le réseau de l’ « État », reprenant le réseau de la Vendée, les utilise en tête de trains rapides Paris-Bordeaux pesant 200 tonnes. Ces machines se montrent capables d’assurer une moyenne de 90 km/h.
Toutefois, le poids du foyer, qui reste toujours la partie la plus lourde d’une locomotive à vapeur, vient contribuer, par son important porte-à-faux, à l’instabilité de la machine. En effet, sur cette 120, le foyer est derrière le deuxième essieu moteur, ce qui n’est pas, loin s’en faut, une solution satisfaisante puisqu’elle entretient et accroît les mouvements de lacet de la locomotive. Ces mouvements sont ce que les ingénieurs britanniques appellent le « boxing », la machine avançant comme un boxeur. Ces belles 120 ne dureront donc pas, mais auront pris le temps de se faire remarquer par leur rapidité.
Le premier grand dilemme : type 121 ou 220 ?
Le type 121 apparaît, avec le recul historique, comme surprenant quand on sait que c’est plutôt le type 220 qui a excellé comme locomotive de vitesse et non le type 121. Le type 220 brille par son bogie avant donnant une machine parfaitement stable et s’inscrivant en courbe sans exercer de contraintes sur les voies. Les États-Unis et l’ensemble des réseaux européens, en effet, adoptent le type 220 durant la seconde moitié du XIXe siècle dès qu’il faut passer à la locomotive à deux essieux moteurs.
L’ensemble des réseaux européens ? Pas vraiment. Un pays fait de la résistance (voir Astérix) : la France, et son passage à la locomotive à deux essieux moteurs se fait différemment avec le type 121 qui est bien un type très national, les autres pays du monde passant au type 220.
Les compagnies du « Paris, Lyon et Méditerranée » (PLM), tout comme celle du « Paris à Orléans » (PO) ou de l’ « État » se font les championnes de ce type de locomotive et le mettent en tête de leurs trains pendant presque un demi-siècle, certaines 121 du PO étant encore en service à la veille de la Seconde Guerre mondiale ! Ce passage au type 121 s’explique par la prudence des ingénieurs qui font évoluer les locomotives par petites retouches d’un type déjà existant, ceci pour ne pas ajouter des problèmes à d’autres et rester le plus possible en terrain sûr et connu.
Le problème à ne pas ajouter est bel et bien le bogie, ou « chariot américain » comme on l’appelle aussi. Les ingénieurs de l’époque s’en méfient quand il faut le placer sur une locomotive, notamment une locomotive de vitesse, et, pis encore, à l’avant ! La locomotive à vapeur de l’époque est bien campée sur son châssis riveté maintenant bien parallèles tous les essieux, et aucun essieu ne peut prendre une position autre que de rester dans un rigoureux alignement.
Par contre, le bogie, avec sa mobilité extrême tout comme ses possibilités de rotation et de déplacement latéral, apparaît bien comme une véritable pièce rapportée. Les ingénieurs « tradi » se méfient de ce bogie au comportement imprévisible, pouvant créer des instabilités ou des mouvements parasites que, pour le moment, aucun modèle théorique ou scientifique ne permet de délimiter avec précision. Le risque de déraillement d’un bogie avant hante les esprits des ingénieurs et quelques mises en travers de bogies avant de locomotives franchissant des bifurcations ou des gares en vitesse ne manquent pas de semer, faute de toute explication raisonnée du phénomène, un grand trouble dans les esprits des bureaux d’études – jusqu’à ce qu’il puisse être démontré ultérieurement que c’est une pose médiocre des voies qui est en cause.
En attendant, l’allongement de la chaudière se fera donc, pour les ingénieurs du « PLM » et du « PO », par l’allongement du châssis classique rigide des types 120 vers l’arrière, avec présence d’un essieu porteur supplémentaire arrière qui n’est autre que la réplique de l’essieu porteur avant, le tout soigneusement encadré par les plaques de garde d’un châssis unique et rigide.
Le « PO » n’adoptera la locomotive type 220 qu’en 1899, soit un demi-siècle après les réseaux américains… Les ingénieurs avaient eu le temps de « voir venir » !
Mais aussi : le risque de l’aventure des essieux accouplés.
Un autre grand doute plane sur les esprits : la question du comportement, à grande vitesse, des essieux moteurs accouplés. Les ingénieurs connaissent bien la locomotive pour trains de marchandises à deux ou trois essieux accouplés par bielles, mais il ne disposent pas d’un modèle scientifique permettant de prévoir ce qui se passerait avec des bielles d’accouplement lors des grandes vitesses, et ils hésitent à construire des locomotives de vitesse autres que celles à roues libres.
Effectivement le mouvement des bielles est complexe : si les bielles d’accouplement accomplissent, couchées dans une position longitudinale, un mouvement circulaire dans un plan horizontal impliquant des allers et retours d’avant en arrière, les bielles d’attaque, reliant les tiges de piston aux manivelles des roues motrices, combinent un mouvement pur d’avant en arrière, à une extrémité, avec un mouvement circulaire, à l’autre extrémité – ce mouvement étant appelé « fouettage ».
L’équilibrage de cet ensemble de bielles ne peut se faire que par des masses formant contrepoids, ajoutées sur le pourtour des roues accouplées, ce qui n’est ni facile à faire, ni satisfaisant quant aux résultats, puisqu’il peut subsister des risques de mouvements parasites à certaines vitesses critiques.
Mais quelques ingénieurs audacieux, comme Victor Forquenot, tentent le pari avec des locomotives de type 120 pour le Chemin de fer de Paris à Orléans en 1864, après les résultats concluants obtenus par la compagnie de l’Ouest dès 1857. En 1873, Victor Forquenot décide d’ajouter un essieu arrière au type 120 afin d’un améliorer le guidage par l’arrière et la stabilité, mais sans passer pour autant au « chariot américain ». Le type 121 est né.
Les performances des 121 du PO.
Cette compagnie fait construire de très nombreuses locomotives du type 121 obtenues par d’incessants perfectionnements et modifications du type de base datant de 1873. Les toutes dernières 121, constituant la série de 576 à 583, sont obtenues par transformation du type à simple expansion en locomotive compound dans les ateliers de la compagnie en 1899. Elles peuvent alors remorquer des trains de 280 tonnes en rampe de 5 pour mille à une vitesse de 60 km/h, et soutenir 105 km/h en tête de trains de 200 tonnes en palier.
Ces performances sont très honorables pour l’époque, mais, dès les dernières années 1880, le besoin pressant de locomotives à trois essieux moteurs se fait sentir devant l’accroissement du poids des trains et aussi devant la demande de performances accrues. En outre, le bogie, toujours lui, s’est glissé sous les voitures à voyageurs qui sont, grâce à lui, désormais plus longues et surtout plus lourdes : le poids des trains s’accroît, à raison de dix tonnes supplémentaires par voiture du fait des bogies, d’une valeur atteignant la centaine de tonnes pour un train rapide de dix voitures. Il est temps de franchir une nouvelle étape dans la course à la puissance.
Caractéristiques techniques
Type : 121
Date de construction : 1873
Moteur : 2 cylindres simple expansion
Cylindres : 440 × 660 mm
Diamètre des roues motrices : 2000 mm
Surface de la grille du foyer : 1,62 m²
Pression de la chaudière : 9 ou 11 kg/cm²
Contenance du tender en eau : 10 t
Contenance du tender en charbon : 3 t
Longueur totale : 11,34 m
Masse totale : 42 t
Vitesse : 100 km/h
Et pour finir : au-delà des « Forquenot » avec une incroyable 221.
En 1898, alors que le XXe siècle approche à grands pas, les 121 du « PO » sont totalement dépassées. Le type 221, ou « Atlantic » domine les réseaux européens et brille en tête des express les plus prestigieux du monde, et pas seulement en Europe. Le type « Pacific » est déjà dans les esprits et bientôt sur les planches à dessin des grands constructeurs de locomotives.
Comme toutes les compagnies de chemin de fer, le « PO » refuse le gaspillage et veut prolonger autant que faire se peut des séries ayant fait leurs preuves, en les améliorant par de petites retouches concédées, timidement, aux demandes des ingénieurs.
C’est ainsi que les locomotives « Forquenot » du type 121 n° 576 à 583 sont reconstruites pour le chemin de fer de Paris à Orléans par transformation des machines du type 121 N° 469, 470, 472, 475, 477 à 480 par les ateliers de la compagnie situés à Ivry et mises en service en 1898. On les dote, enfin, du bogie avant tant réclamé, et, puisque l’on gagnera en stabilité, on en profite pour allonger la chaudière et ainsi augmenter la puissance. Victor Forquenot, décédé en 1885, n’est donc plus là et on pourra le laisser se retourner dans sa tombe…
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