II L'aventure des voyages à vapeur
1. La voiture à vapeur et la naissance du rail
L’Américain Olivier Evans s’occupa du même problème et en 1800, il put voir sa voiture défiler dans les rues de philadelphie.
Deux ingénieurs anglais, Trevithick et Vivian reprirent les travaux d’olivier Evans mais ils trouvèrent de grandes difficultés d’exécution, à cause de la résistance que le sol opposait au mouvement de leurs machines. C’est alors qu’ils songèrent à faire circuler leurs voitures sur des rails.
Le premier véhicule sur rail en fonte est donc construit en 1804. Il consiste à un engin porté par quatre roues possédant un cylindre placé verticalement situé en partie dans la chaudière. La machine atteint 8 km/h.
Déjà au XVIIème siècle,
on faisait usage en Angleterre de rails de chêne sur lesquels
des voitures étaient traînées par des chevaux. On perfectionna
successivement ces premiers rails de bois, d’abord
en les recouvrant d’une lame de fer fixée par des boulons de
fer, puis en les remplaçant par des rails en fonte de divers
modèles. En 1810, Stephenson substitua à ces rails en
fonte cassants, des rails en fer forgé qui purent supporter
des charges considérables et des convois lancés à
toute vitesse.
2. Les grands début du chemain de
fer
a. Historique
Peu à peu, grâce au
perfectionnement apporté à la construction des
voitures à vapeurs, on obtenait des résultats
meilleurs. Aussi on vit l’apparition de machines diverses et
variées comme « la locomotive à jambes »
de Brunton en 1813. L’idée était d’amoindrir
l’adhérence des roues avec des jambes. Malheureusement,
le succès ne fut pas au rendez-vous …
Cependant, à cause de la faible
quantité de vapeur produite, on ne pouvait donner à la
machine qu’une faible vitesse. Un problème se posait alors. Il fallait
sans trop agrandir les dimensions de la chaudière,
augmenter la surface de l’eau qu’elle contenait pour que la
transformation en vapeur soit plus rapide. L’ingénieur
français Seguin trouva la solution. Il imagina de construire
des chaudières tubulaires, Ce procédé décuple
la surface de chauffe en faisant passer dans des tubes de l’air
brûlant issu du foyer, ce qui produit une quantité de
vapeur considérable.
Moins d’une année après
la découverte de Seguin, les chemins de fer transportaient des
marchandises et des voyageurs avec des vitesses encore jamais
atteintes.
Le premier chemin de fer fut établi
en Angleterre, entre Manchester et Liverpool. Un concours avait été
ouvert entre les différents constructeurs. Le prix fut décerné
à la locomotive « la fusée »
construite par Robert Stephenson qui avait adopté la
chaudière tubulaire de Seguin. Le 15 septembre 1830, on vit le
premier convoi de voyageurs lancé à un vitesse de 50
km/h sur la route qui sépare les deux villes. Les projets de
la sorte se mirent dès lors à foisonner partout à
travers les pays développés. La ligne transcontinentale
entre New York et San Francisco, complétée en 1869
réduit la durée de la traversée du continent de
six mois à une semaine.
b. Fonctionnement d'une locomotive
à vapeur
Quelques principes de base :
-L’utilisation de la force expansive de la vapeur :
L’eau portée à
ébullition se transforme en vapeur. Lorsque cette vapeur est
admise dans le cylindre, sa pression élevée repousse le
piston. Le système bielle-manivelle transforme la translation
du piston en un mouvement de rotation continu de la roue .
-La commande du tiroir par la roue motrice :
Un mécanisme dit de
« distribution » transforme le mouvement de
rotation de la roue en un mouvement de va-et-vient des tiroirs. De
plus, il synchronise ce mouvement avec le déplacement du
piston de façon à admettre de la vapeur lorsque le
volume balayé par celui-ci augmente et à la laisser
s’échapper lorsqu’à l’inverse, il diminue.
-Principe général de l’inversion du sens de marche :
En modifiant le synchronisme entre le va-et-vient des tiroirs et le déplacement du piston, il est possible d’inverser le sens de la marche. Pour cela, le mécanicien agit sur le levier de changement de marche, ce qui modifie la position de la bielle de commande sur la coulisse et déphase les moments d’admission et d’échappement de la vapeur par rapport au mouvement du piston.
La locomotive se compose de 3 parties principales
-
Le véhicule roulant qui se compose du châssis (assemblage rectangulaire qui supporte le moteur à vapeur de la locomotive), des organes de suspensions et des roues
-
La chaudière, qui produit la vapeur nécessaire
-
Le moteur lui-même dont on a expliqué les mécanismes ci-dessus
De plus, elle est souvent attelée
à un tender, véhicule attelé à la
locomotive qui contient l’eau et le combustible nécessaires
à la machine .
Outre les éléments du
moteur à vapeur, la locomotive est constituée
d’accessoires indispensables.
-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
-Les graisseurs automatiques : éléments chargés d’assurer une lubrification permanente de tous les roulements sollicités sous forte charge
-Les purgeurs destinés à éliminer l’eau pouvant exister dans les cylindres par effets de condensation .Une eau liquide présente dans les cylindres peut détruire le mécanisme car elle est incompressible
-La sablière : on envoie grâce à de l’air comprimée du sable en provenance du dôme à sable devant les roues, pour éviter leur patinage
Un des défauts de la locomotive à vapeur était la nécessité d’un temps important de préparation avant la mise en ligne ainsi que ‘un entretien constant après un voyage. Il fallait notamment charger le combustible et l’eau, chauffer et attendre la mise en pression avant la mise en ligne et nettoyer le foyer après l’arrêt.
3. Les premiers bateaux à vapeur
a. Historique
C’est le 25 septembre 1707 que le français Denis Papin embarqua sur la Fulda fleuve allemand à bord d’un navire actionné par des rames, elles mêmes entraînées par une machine à vapeur. C’est vraisemblablement une des premières embarcations utilisant la force d’expansion de la vapeur.
Le premier navire propulsé par une machine à vapeur et des roues à aubes (partie de la roue sur laquelle s’exerce l’action de l’eau) fut le Pyroscaphe, du français Claude François Jouffroy d’Abbans. Ce navire subit des essais satisfaisants mais...de très courte durée ! Il coula au bout d’un quart d’heure.
C’est en 1807, aux Etats –Unis que Robert Fulton démontra la fiabilité de la machine à vapeur mise au point par Watt. À bord du Clermont , navire fluvial de 100 tonnes, Fulton sous les yeux de la foule septique s’engagea sur l’Hudson et parcouru un quart de mille.
Mais c’est seulement
en 1819, à
bord du trois-mâts américain Savannah, qu’un navire
avec un moteur à vapeur traversa l’Atlantique. Toutefois
le moteur ne fut utilisé que 8 heures sur les 21 jours de
traversée .
En
1839, le Great Western britannique fut le premier à n’utiliser
que la vapeur pour réaliser un tel voyage.
Cependant,
la voile conserva longtemps ses défenseurs comme les passagers
où les armateurs qui n’avaient pas encore confiance dans ces
machines.
Au
cours de la seconde moitié du XIXème siècle, grâce
au progrès de la métallurgie on substitua peu à
peu des coques en acier aux coques en bois. Le fort mouvement
d’émigration de l’Europe vers l’Amérique stimula
les recherches de plus avec les progrès qui s’effectuaient
dans le domaine de la propulsion maritime, les navires de commerce
commencèrent à se spécialiser : Les
Britanniques lancèrent en 1870 le premier navire frigorifique, le
Timaru , et en 1886 le premier pétrolier mû par la
vapeur, le Gluckauf. Enfin le Campagna, fut le premier
paquebot transatlantique dépourvu de voiles. D’ailleurs , en
1893, il remporta le ruban bleu (prix décernée pour la
traversée la plus rapide de l’Atlantique) avec une vitesse
moyenne de 20 nœuds.
b. Fonctionnement d'un bateau à
vapeur
Le
rôle du moteur à vapeur est comme pour la locomotive de
transformer le combustible en énergie mécanique. Pour
les bateaux les bielles agissent sur un arbre (axe qui transmet un
mouvement).
La
métallurgie progressant encore, on fit passer la vapeur dans
plusieurs cylindres successifs, donnant naissance aux machines à
double, puis triple expansion. A l’aube du XXème siècle
émergea la turbine qui crée un mouvement circulaire
directement ce qui diminue beaucoup les frottements mécanique
et permettant d’atteindre plus facilement des vitesses de rotations
supérieures.
La révolution des transports va être à l’origine de la création de véritables marchés intérieurs ou extérieurs, c’est la naissance du libre échange. La diffusion des idées va entraîner des progrès techniques plus rapides et le développement des axes de communications va nourrir la production industrielle. Ainsi, on peut donc affirmer que cette évolution radicale des transports est l’un des facteurs clés de la révolution industrielle.
