La locomotive à condensation n’a condensé ni rendement ni profit.

Le problème de la traction à vapeur ne fut guère le combustible avec l’abondance du charbon, du bois ou même de la tourbe, mais bel et bien celui du manque de l’eau. Circuler, avec une locomotive à vapeur, dans des pays où manque l’eau a toujours été problématique, surtout quand on sait ce que consomme une locomotive : des dizaines de tonnes ou de mètres cubes à l’heure ! Et, pis encore, la locomotive crache, par sa cheminée, une vapeur d’échappement qui contient des tonnes et des tonnes d’eau éparpillées dans l’atmosphère et perdues pour la cause du transport. Essayer de récupérer une partie de cette eau est une solution qui s’impose logiquement, d’où les essais de divers réseaux avec des tenders à condensation. Mais de gros handicaps techniques ont fait que ce système est toujours resté exceptionnel, ne connaissant d’autre règne que celui dans les archives des bureaux d’études.

L’origine de cette technique.

Elle est apparue tardivement dans l’histoire technique de la traction vapeur ferroviaire. Un siècle après l’apparition des premières locomotives anglaises, soit exactement en 1931, des essais ont lieu sur des locomotives à turbines « Ljungström » suédoises, dans un pays où, en hiver, le problème de la prise de l’eau se pose. Puis, en 1937, des locomotives classiques « Henschel » allemandes sont construites pour l’Argentine et aussi pour l’Irak, pays où le manque d’eau permanent pose un problème. Les Allemands, durant la dernière guerre, s’intéressent toujours à cette technique et équipent des locomotives de type 150 dites « Kriegslok » avec des tenders contenant un système à condensation, ceci, semble-t-il, pour préparer des opérations militaires dans des pays comme l’URSS où l’alimentation en eau peut présenter des difficultés. La suppression du panache de vapeur blanc, en plus, était un élément intéressant sur le plan militaire, car l’absence de toute vapeur ou fumée rendait la locomotive moins visible à distance pour les artilleurs ennemis équipés de bonnes jumelles, notamment des jumelles « Zeiss » de fabrication… allemande.

Constituant la plus importante série de locomotives à vapeur jamais construites, ces « Kriegslok » allemandes, série 52, se retrouvent dispersées dans 14 pays principalement européens, pour ne pas dire dans toute l’Europe. On les retrouvera même en URSS, mais, là, au prix d’un changement d’écartement. Construites entièrement en métaux ferreux sauf pour les coussinets de bielles, ces locomotives peuvent être rapidement construites en usine, ceci en un temps diminué de l’ordre de 30% par rapport à celui demandé pour les locomotives classiques. Ce gain de temps s’explique par un grand recours à la soudure. Ces locomotives de la série 52 sont, dans les faits, des type 150 de la série 50 dont elles ont le même aspect et dimensions.

Le principe technique de la condensation.

Le principe technique consiste à prélever la vapeur d’échappement, la déshuiler, et à la diriger vers le tender qui, considérablement allongé, offre assez de place pour contenir des radiateurs condensateurs. L’air extérieur est aspiré, par des ventilateurs, à travers ces condensateurs. Ces ventilateurs sont actionnés par une turbodynamo elle même actionnée par la vapeur d’échappement. La vapeur, refroidie, se transforme en eau et remplit un réservoir d’environ 1 m3. Des pompes chassent l’eau de ce réservoir en direction de la chaudière, donnant une réalimentation continue de cette dernière. La perte de vapeur est estimée à environ 10%, ce qui laisse, malgré tout, un remarquable circuit fermé concernant 90% de la vapeur qui retravaille plusieurs fois. C’est, déjà, un résultat remarquable.

De grandes distances peuvent être franchies sans prise d’eau, jusqu’à 600 km au lieu des 150 à 200 km traditionnels. En Irak le système a fonctionné par des températures extérieures dépassant 50°. Mais un problème se pose, avec la complexité du système, et surtout sa sensibilité à l’entartrage et au calcaire en limitent l’emploi à des régions garantissant une eau la plus pure possible. Or, de l’eau pure, c’est plutôt rare…

Il faut aussi noter que l’intérêt de la condensation a ses limites en matière de traction ferroviaire. En effet, en raison de la température relativement élevée qui règne dans une locomotive, et aussi en raison des contraintes d’espace, et du rejet de la chaleur dans l’air, l’amélioration du rendement thermique reste très bas.

La naissance d’une « science des eaux ».  

Devenue une question importante pour les utilisateurs du robinet aujourd’hui, la qualité de l’eau est un très ancien problème pour le chemin de fer, et dès les débuts de l’aventure ferroviaire, au XIXe siècle, se met en place une véritable « science des eaux » pour empêcher l’entartrage et la dégradation rapide des chaudières des locomotives à vapeur. En France la solution est trouvée par Louis Armand et son célèbre T.I.A.

La consommation d’une locomotive est d’environ 5 litres d’eau par mètre carré de surface de chauffe et par heure. C’est ainsi que les 35 m3 du tender d’une « Pacific » sont promptement avalés en 2 à 3 h de route et environ 250 km, soit une consommation pouvant atteindre 10 à 12 tonnes d’eau pour 100 km, soit, en termes de consommation automobile, un bon 10 000 à 12 000 « litres au cent » selon les locomotives, le profil de la ligne, le poids du train, la qualité de la conduite, et sans compter le charbon! Il a fallu donc prévoir de nombreux points d’alimentation en eau, environ tous les 20 à 30 km sur les lignes, et sélectionner les sources pour leur qualité et leur pureté. Le problème de l’eau s’est donc posé tout au long de l’histoire ferroviaire.

La qualité de l’eau est donc une donnée primordiale et permanente en matière de traction vapeur. Les ingénieurs estiment qu’une eau est convenable quand elle laisse moins de 250 g/m3 de résidus après évaporation. Le problème des dépôts et des incrustations dans les boîtes à feu et les tubes des chaudières, ce qui conduit très rapidement, en quelques années, à leur destruction si l’on ne procède pas, dans les dépôts, à de fréquents et pénibles détartrages effectuée la main par des hommes d’équipe.

L’eau est d’abord pompée dans un cours d’eau ou captée dans une source, puis filtrée et stockée dans un château d’eau qui, traditionnellement, est construit dans les emprises des grandes gares ou des dépôts. Pouvant stocker jusqu’à 100 m3 d’eau, le réservoir du château d’eau permet, par son accumulation, de délivrer d’un seul coup une grande quantité d’eau pour le remplissage rapide des tenders.

Le remplissage des tenders se fait par une grue hydraulique ou manche à eau, un appareil  à colonne en fonte placé près des voies de service des dépôts ou des gares, et doté d’un col qui peut tourner pour se placer au-dessus des vannes d’eau des tenders. La grue hydraulique est reliée au château d’eau par une conduite à fort diamètre (150 mm) permettant le remplissage d’un tender en 3 à 5 minutes.

Savoir choisir son eau … en cours de route !

L’alimentation en marche, avec un long bac étroit sur la voie et une écope sous le tender, a été pratiquée en Angleterre et aux Etats-Unis pour éviter les arrêts en route des trains rapides. Elle a été essayée en France sur le réseau de l’Ouest, mais a été abandonnée.

C’est un système assez curieux qui consiste à disposer, sur la voie, un bac en acier soudé, long d’environ 500 à 800 mètres, large d’une quarantaine de centimètres, et contenant une nappe d’eau profonde de quelques centimètres. Quand le mécanicien arrive, en pleine marche, sur le bac, il actionne un levier sur le tender qui abaisse une écope (une sorte de pelle à eau) qui, alors, fait monter l’eau jusque dans les réservoirs du tender grâce à la vitesse de marche : si la locomotive se présentait à basse vitesse, le système ne marcherait pas et ne «cueillerait » pas d’eau. Le mécanicien ou le chauffeur doivent « avoir l’œil » pour bien abaisser l’écope une fois que la locomotive est sur le bac (et pas avant, pour ne pas ramasser les cailloux du ballast et défoncer l’extrémité du bas : cela s’est vu…) et pour bien relever l’écope avant que la locomotive n’ait quitté le bac pour la même raison : ne pas ramasser le ballast, etc… Mais l’avantage de cette technique quelque peu complexe est, ici aussi, la « science des eaux » et les équipes de conduite connaissaient la bonne qualité des eaux de tel bac et la mauvaise d’un autre. C’est ainsi que, au départ de Londres, les trains rapides pour l’Ecosse partaient avec un tender pratiquement vide, évitant l’eau trop calcaire de la capitale, et faisaient le plein d’eau d’une excellente source pure et limpide à une vingtaine de kilomètres plus loin, en pleine campagne.

L’arrivée surprise de la condensation en France.

Il est intéressant de noter que les hasards de la guerre amènent en France une de ces locomotives allemandes du type 150, récupérée en bon état et remise en service par la SNCF sous le N°150-Y-1993. Elle circule, intégrée dans le roulement des machines ordinaires, et ne pose aucun problème particulier autre que sa très grande longueur lui interdisant un bon nombre de ponts tournants des dépôts.

La SNCF reçoit 25 de ces locomotives qu’elle immatricule dans la série « Y » sans toutefois les inscrire dans les inventaires : donc elles ne sont pas vraiment des locomotives de la SNCF, mais elles sont seulement utilisées, et seulement en Alsace avec le dépôt de Hausbergen. Leur légèreté, très appréciée, les rend inoffensives pour les voies alsaciennes qu’elle ne quitteront jamais. Elles sont radiées en 1957.

Seule la 150-Y-1933 reçoit, donc, un tender assurant la condensation : il s’agit du tender 13-D-1993. C’est un tender à bogies contenant 13 m3 d’eau, 9 tonnes de charbon, et pesant 41,6 tonnes en ordre de marche. Il est équipé de trois grands ventilateurs créant un air frais nécessaire pour la condensation de la vapeur d’échappement provenant de la locomotive est arrivant par une conduite. Les raisons de la présence de cette locomotive sur le réseau français ne sont pas connues. Rappelons que, pour le fameux projet du « Transsaharien »; on a envisagé l’essai de locomotives à condensation, mais, à notre connaissance, aucun essai n’a été effectué.

En Afrique du Sud, aussi.

Les chemins de fer sud africains, pour leur part, ont utilisé 25 locomotives à condensation, de type 242, série 15F modifiées, ceci après la guerre. Ceci a donné des résultats intéressants, mais les « South African Railways » n’ont pas étendu cette technique à l’ensemble de leur parc pour des raisons de complexité, d’entretien, de fragilité de l’équipement. En outre la traction vapeur était déjà condamnée à long terme, et cette situation n’encourageait guère l’expérimentation de techniques nouvelles pour ce mode de traction.

Petit album de la condensation russe.

En conclusion ? Disons que le jeu n’en valait pas la chandelle… (voir notre article en tapant directement « La vapeur devait mourir » sur un moteur de recherche). On pourrait dire que la condensation arrive comme un perfectionnement tardif, mais trop tardif, dans l’histoire de la traction vapeur, et à une époque où la fin de la vapeur est, de toutes manières, inéluctable. En outre le moteur Diesel prouve déjà sa remarquable aptitude à la traction des trains lourds dans les pays sans eau, même sous de très fortes températures, et la traction électrique, pour d’autres raisons toutes aussi évidentes les unes que les autres, n’a jamais cessé de progresser et d’éliminer une traction à vapeur grande consommatrice de charbon et polluante.