LOCOMOTIVES A VAPEUR
d'après wikipedia

Technique
La locomotive se compose de 3 parties principales ou ensembles :

• le véhicule roulant qui se compose du châssis, des organes de suspension et des roues ;
• le foyer qui chauffe la chaudière et la chaudière, qui produit la vapeur nécessaire,
• le mécanisme ou moteur à vapeur, c’est-à-dire l'ensemble des organes qui transforme le travail de la vapeur sous pression en force motrice sur les essieux.

De plus, elle est souvent attelée à un tender destiné à porter l'approvisionnement en eau et combustible.

Le véhicule
La locomotive prend appui sur les rails et on a longtemps pensé que le poids était seul source de l'adhérence qui permet la progression du véhicule. Les essieux moteurs sont spécialement chargés et on accouple, à l'aide de bielles, les roues voisines d'un même diamètre pour en faire autant de roues motrices. Le nombre de tours par seconde des roues motrices impose au mécanisme de distribution une vitesse de va-et-vient qui ne peut être limitée que par le diamètre de ces roues. Il atteint couramment 2 mètres ou plus pour les machines rapides et c'est une des raisons qui font que les roues sont extérieures au châssis.
Compte tenu de la longueur nécessaire pour le corps cylindrique de la chaudière, on place très souvent des roues porteuses à l'avant et/ou à l'arrière sous forme de bissel ou de bogie.
Le châssis lui-même est en général composé de deux longerons en tôle découpée de forte épaisseur et assemblés par des traverses et entretoises constituées de caisson en tôle ou moulées et dont la rigidité assure la bonne tenue de voie de la machine.
Les cylindres sont fixés aux entretoises en général en extérieur et parfois, selon le type de locomotive entre les longerons. La chaudière repose sur des supports répartis tout le long du châssis tout en étant fixée essentiellement à l'avant du côté de la boîte à fumées pour pouvoir se dilater librement à l'arrière du côté du foyer.
L'emplacement où se trouve l'équipe de conduite est, non pas une cabine, mais l'abri. Les équipements de conduite sont installés sur la devanture constituée par un double de la face arrière du foyer.

La chaudière

La chaudière se compose de la partie postérieure, du corps cylindrique et de la boîte à fumée.
La partie postérieure de la chaudière se compose du foyer et de la boîte à feu, reliés par des entretoises.
Le corps cylindrique renferme les tubes à fumée.
Le combustible - charbon, bois ou pétrole - alimente le feu par la porte du foyer, où il brûle sur la grille. Une alimentation semi-automatique peut se faire par un stocker. Les cendres et mâchefer s'accumulent plus bas dans le cendrier. L'air nécessaire à la combustion entre par des clapets situés au niveau de la grille : les registres. La voûte du foyer force la circulation des gaz chauds dans l'ensemble du foyer et limite l'entrée des flamèches dans les tubes. Les gaz résultants de la combustion passent au travers des tubes à fumée, où ils transmettent leur chaleur à l'eau de la chaudière et arrivent à la boîte à fumée, dans laquelle un pare-escarbilles retient les cendres incandescentes, avant d'être expulsés par la cheminée a l'aide de l'échappement des cylindres. Le sommet du foyer (ciel du foyer) porté à haute température est recouvert par une partie de la chaudière qui doit toujours être alimentée en eau à cet endroit. Sinon des fusibles de sûreté fondent et le mélange vapeur/eau est précipité dans le foyer pour l'éteindre.
La vapeur formée par l'eau de la chaudière se concentre dans le dôme de vapeur, passe par le régulateur actionné depuis la cabine de conduite au moyen de son levier et de son arbre de commande et atteint éventuellement le surchauffeur, qui se compose de groupes de tubes fins insérés dans les tubes à fumée. La vapeur atteint alors une température d'environ 350 °C et parvient ensuite comme force motrice aux cylindres (7), où introduite par le tiroir elle pousse alternativement les pistons en avant et en arrière.

Le moteur à vapeur (distribution et entraînement)

Embiellage de la locomotive à vapeur 141 TB 407 de l'AJECTA (ex SNCF, ex Ch. de fer de l'Est) - Claude Villetaneuse

L'arrivée et l'échappement de la vapeur des deux côtés du cylindre est réglée par le tiroir de distribution (6). Le piston est relié à la crosse, qui par l'intermédiaire de la bielle motrice transforme le mouvement de va-et-vient en mouvement circulaire. Ce mouvement est transmis à toutes les roues motrices grâce aux bielles d'accouplement. Le réglage du tiroir de distribution pour inverser la marche s'effectue au moyen du volant de commande de la vis de changement de marche (8) qui se trouve dans la cabine de conduite.

Drawn by Panther using Corel Draw & Adobe Image Ready.

Travail de la distribution (exemple de distribution Walschaerts) : c'est par le tiroir (6) que la vapeur est admise dans le cylindre (7) et agit alternativement sur chacune des faces du piston. La tige de piston actionne la bielle couplée au train de roues motrices par l'intermédiaire de la crosse articulée (5). Les roues couplées deviennent toutes motrices. Par l'intermédiaire de la contre-manivelle (2) calée à 90° de la manivelle motrice, une bielle fait osciller la coulisse (1) de distribution dans laquelle glisse la bielle de commande de tiroir (3). Le déplacement de cette bielle (3), couplée au levier d'avance (4) sur la coulisse, permet de régler le décalage entre les déplacements du tiroir et ceux du piston. On peut ainsi régler le taux d'admission du moteur et également changer de sens.
De chaque côté de la locomotive les manivelles motrices et la distribution ne sont pas en position identique mais sont calées à environ 90° pour éviter que les deux moteurs ne soient en même temps en position fin de course, rendant le démarrage impossible.

Les autres accessoires (indispensables)

• La pompe d'alimentation alimente la chaudière avec de l'eau chaude venant du réchauffeur, afin de diminuer la baisse de vaporisation dû à l'ajout d'eau froide.
• Les injecteurs, qui servent à ajouter de l'eau à la chaudière sous pression. En effet, pour pouvoir introduire l'eau dans la chaudière (sous pression) il faut que celle-ci ait une pression supérieure. Les injecteurs utilisent la pression de la chaudière pour aspirer un flux d'eau et l'accélérer afin qu'il puisse y pénétrer. Le principe détaillé de fonctionnement des injecteurs est de beaucoup plus compliqué, leur utilisation est assez complexe.
• Le niveau d'eau, indiquant au chauffeur s'il y a besoin de remettre de l'eau dans la chaudière. Un niveau d'eau insuffisant peut provoquer une surchauffe et la fonte des plombs de sécurité, ce qui éteint immédiatement le feu. À l'époque de la vapeur, pour un mécanicien, fondre les plombs était une faute particulièrement lourde, motif de "descente de machine".
• Les graisseurs automatiques : éléments importants chargés d'assurer une lubrification permanente de tous les roulements sollicités sous forte charge. La plupart des locomotives à vapeur possédaient en effet des paliers en régule et non des roulements à rouleaux, qui apparurent plus tard comme sur la 232 U 1.
• Les purgeurs destinés à éliminer l'eau pouvant exister dans les cylindres par effet de condensation : une eau liquide présente dans les cylindres peut être mortelle pour le mécanisme car elle est incompressible.
• La sablière : pour garantir un coefficient d'adhérence suffisant entre la roue et le rail, principalement par mauvais temps ou en cas d'une forte charge remorquée et en pente, on envoie grâce à de l'air comprimé du sable en provenance du dôme à sable devant les roues, pour éviter leur patinage.

L'exploitation et la conduite

Un des défauts de la locomotive à vapeur était la nécessité d'un temps important de préparation avant la mise en ligne ainsi que d'un entretien constant après une période de roulement relativement brève :

• avant mise en ligne :

• chargement du combustible et de l'eau
• traitement de l'eau : en France depuis les années 40, l'eau du tender est traitée avec le T.I.A (Traitement Intégral Armand) qui permet d'empêcher la formation et le dépôt de tartre dans les tuyauteries de la chaudière (voir Louis Armand)
• graissage des parties mobiles non prises en charge par le graissage automatique
• mise en chauffe et attente de la mise en pression

• après service :

• nettoyage du foyer, évacuation du mâchefer et scories : tombée du feu par la grille
• ramonage de la boîte à fumées
• nettoyage général, vérification des essieux et graissage
• évacuation des boues accumulées au point bas de la chaudière (extraction)

Toutes ces opérations étant effectuées au dépôt.
L' équipe de conduite comportait le chauffeur et le mécanicien : l'un chargé de la production de vapeur, de l'alimentation du foyer et de l'alimentation en eau, l'autre chargé de la conduite de la machine elle-même avec surveillance de la voie et des signaux et « tenue de l'heure ». L'équipe se tenait dans l'« abri » face à la « devanture » constituée par la face arrière du foyer : en quelque sorte le tableau de bord de la machine. Sur certaines machines la plateforme de conduite pouvait être distincte de la plateforme du chauffeur (comme sur les (en)Camelback) pour donner une bonne visibilité au mécanicien.
Jusqu'à l'existence de machines banalisées (comme les 141 R), une équipe restait liée à une machine sur une certaine période entre révisions.

Histoire :

La Gironde, première locomotive française, construite au Creusot en 1838

... En février 1838, la compagnie du chemin de fer Paris-Versailles, à la demande de la famille Péreire, commande six locomotives au Creusot. La première d'entre-elles, lorsqu'elle sort de l'usine fut baptisée "Gironde". Elle fut rapidement suivie de cinq autres appelées Creusot, Flèche, Atalante, Eclair et France. ... Une date qui va marquer un tournant dans l'industrie française et restera gravée dans l'esprit de la classe politique, industrielle et financière, sera en 1865 la commande passée par la Compagnie anglaise du Great Eastern Railway. Dès la réception de la dépêche qui l'informe de cette décision, Eugène Schneider, très ému, ne peut attendre pour annoncer au Corps Législatif : "Messieurs, je viens d'éprouver la plus grande joie de ma vie. Permettez-moi de vous en faire part : Le creusot vient de vendre 15 locomotives à l'Angleterre. Vous entendez, Messieurs, à l'Angleterre !" C'est dans l'hémicycle un tonnerre d'applaudissements, l'hégémonie industrielle anglaise est terminée. Le retard est comblé et cette réussite concerne désormais toute la classe politique et financière. "Lorsque Schneider pavoise, c'est la France entière qui s'enchante" dit-on à l'époque . Entre 1855 et 1865, 700 locomotives sortent des ateliers du Creusot dont près de la moitié est destinée à l'étranger. En 1870, 440 locomotives seront fournies...(La scolarisation et la formation professionnelle des filles au pays de Schneider - Jacqueline Fontaine)