CHEMINS DE FER

Les modes de traction

Les locomotives à vapeur

Par rapport à la conception très simple d'origine des locomotives à vapeur du début du xix^e siècle, les caractéristiques fondamentales n'ont guère évolué. Le seul système qui ait réellement fait ses preuves est resté celui de l'origine, à savoir l'utilisation de la vapeur dans un moteur à pistons avec échappement direct dans l'atmosphère.

Mais de notables perfectionnements ont été apportés : élévation de la pression dans les chaudières, surchauffe de la vapeur, mise en œuvre de systèmes de distribution perfectionnés, circuits de vapeur à large section, amélioration de l'échappement, dispositions mécaniques améliorées (bogies porteurs à l'avant, quelquefois roulements de boîtes d'essieux à rouleaux). Les dernières locomotives construites ont ainsi pu atteindre des performances honorables, tout particulièrement celles qui, en France, ont été conçues ou modifiées par André Chapelon vers 1935. Une mention spéciale doit être faite du « compoundage », consistant à mettre en œuvre la vapeur dans deux étages successifs de cylindres (haute et basse pression), spécificité très française, permettant certes une amélioration du rendement, mais au prix d'une plus grande complexité des machines. Ce choix résultait du souci de tirer le meilleur parti d'un charbon qui devait être majoritairement importé, les charbons français n'étant généralement pas de qualité suffisante pour les chaudières de locomotives. La titularisation des machines était alors de règle (conduite par une équipe dédiée mécanicien/chauffeur), solution qui n'optimisait pas leur utilisation mais garantissait leur maintien en excellent état. La « banalisation » des équipes n'est intervenue que sur les locomotives 141 R fournies à la Libération par l'industrie américaine, très simples et robustes car directement dérivées (aux dimensions près) de locomotives américaines contemporaines.

La traction à vapeur disparaît pour des raisons strictement économiques : son très faible rendement énergétique (5 p. 100 environ pour l'ensemble de la machine), son coût d'immobilisation très élevé, en raison notamment de la faible disponibilité, ses contraintes de ravitaillement en eau en cours de route, les nécessités de nettoyage du feu et de graissage, qui limitent les parcours journaliers à quelque 200 kilomètres, et surtout les lourdes dépenses d'entretien de la chaudière (lavage, détartrage, remises en état, épreuves réglementaires décennales...) et du mécanisme.

Sur le plan financier, le remplacement de la vapeur par la traction électrique ou Diesel s'est révélé, pour le chemin de fer, un des investissements le plus largement et le plus sûrement rentables. Au surplus, cette traction moderne a apporté une amélioration des performances déjà appréciable pour le Diesel, considérable pour l'électricité. En France, la dernière machine à vapeur a été « rayée des inventaires » en 1974.

Traction Diesel

Deux autorails Zephyr du Burlington Route, à traction Diesel, aux États-Unis, en 1935. 

Crédits : General Photographic Agency/ Hulton Archive/ Getty Images

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La traction électrique

Elle apparaît dès la fin du xix^e siècle, bien modestement au début. Elle se répand assez rapidement dans les réseaux métropolitains pour des raisons évidentes (circulation en tunnel). La conception des systèmes est marquée, à l'origine, par les caractéristiques des moteurs de traction utilisables : les plus favorables sont celles des moteurs à collecteur à enroulements inducteur et induit en série, qui peuvent être alimentés en courant continu, mais aussi, moyennant des précautions, en courant alternatif à fréquence basse. D'où les deux grandes « écoles » d'électrification qui ont concurremment pris de l'extension dans le monde jusqu'à la Seconde Guerre mondiale (cf. chap. 3, Les infrastructures). Les expérimentations qui sont intervenues en Allemagne juste avant celle-ci, et ont été reprises par la S.N.C.F. à son issue, ont conduit à une extension très importante du système à courant alternatif industriel (50 Hz, ou 60 Hz dans les pays qui ont normalisé cette fréquence).

Depuis les premières électrifications en courant industriel, en 1954, l'évolution des engins moteurs a été rapide : les redresseurs à vapeur de mercure des débuts ont été remplacés par des redresseurs à diodes au silicium de plus en plus performantes en niveau de tension et de courant admissibles, puis par des redresseurs commandés à thyristors, puis à GTO (gate turn off thyristors) et enfin à IGBT (insulated gate bipolar transistor). Ces perfectionnements ont aussi bénéficié aux engins à courant continu qui ont pu de la sorte être débarrassés de leurs rhéostats de démarrage e [...]

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Train de banlieue en 1955
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Locomotive à vapeur de Richard Trevithick
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