Locomotive à vapeur
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Homonymie résolue à l'aide du robot: Échappement - Modifications du (des) lien(s) pour [[pot d'échappement]]
[[Image:Stoomlokomotief.jpg|350px|thumb|right|Consolidation (locomotive)|Consolidation n°4193 du réseau du Nord]]
Les premières locomotives (au {{XIXe siècle}}) étaient propulsées par une [[machine à vapeur]], ce qui leur a valu le nom de '''locomotives à vapeur'''. Ce type de traction des trains est resté largement prépondérant jusqu'aux années [[1950]], après la [[Seconde Guerre mondiale]].
== Historique ==
C'est au Royaume-Uni, au début du {{XIXe siècle}}, que commença l'histoire du chemin de fer.
La première locomotive à vapeur fut construite par [[Richard Trevithick]] (1771-1833) en [[1804]].
La traction à vapeur a été inaugurée le [[12 août]] [[1812]] sur le Middleton Railways dans le Yorkshire. Il s'agissait de locomotives pour rails à crémaillère remorquant des wagonnets de charbon. Les locomotives avaient été construites par Matthew Murray (1765-1826) et John Blenkinsop.
Le [[27 septembre]] [[1825]] était inauguré le chemin de fer de Stockton à Darlington, première ligne ouverte au transport de passagers. La locomotive était la Locomotion de [[George Stephenson]].
En [[1827]], [[Marc Seguin]] mis au point la chaudière tubulaire, qui permit de quasiment décupler la puissance des machines. En [[1829]], la première locomotive française fut utilisée sur la ligne de [[Saint-Étienne]] à [[Lyon]] deuxième ligne française.Celle de [[Saint-Étienne]] à [[Andrézieux-Bouthéon|Andrézieux]] est la première ligne de chemin de fer français construite en [[1827]].
Bien que la [[locomotive électrique|traction électrique]] ait été à l'étude dès les [[années 1880]], et utilisée dès les [[années 1900]], c'est en fait la [[locomotive diesel|traction diesel]] qui causa la perte de la traction vapeur là où l'électrification ne semblait pas rentable ou pas souhaitable stratégiquement. Le programme d'électrification intense de l'après-guerre et la livraison de nouvelles locomotives diesel dans les [[années 1950]] ont marqué le déclin de la vapeur tout à la fin des [[années 1970]]. La [[Locomotives à turbine à gaz|turbine à gaz]] a aussi été utilisée, mais avec moins de succès.
Certains pays particulièrement bien dotés en ressources naturelles de [[Houille|charbon]] ou de [[tourbe]] ont continué à utiliser la traction à vapeur de manière principale jusqu'à la fin du {{XXe siècle}}, dont notamment la [[République démocratique allemande]], l'[[Afrique du Sud]] et la [[République populaire de Chine|Chine]] ou l'[[Inde]].
Les locomotives à vapeur conservent également un certain succès pour les lignes de haute montagne parce que la traction à vapeur est relativement peu affectée par la baisse de la [[pression atmosphérique]] avec l'[[altitude]]. L'abaissement du point d'ébullition de l'eau permet même des économies de combustible dans ces situations particulières.
==Vitesse ==
Le record de vitesse mondial pour un train tracté par une ''locomotive à vapeur'' est détenu par une locomotive de la famille des [[231 (locomotive)|Pacific]] [[LNER Classe A4|A4 ]] du [[London and North Eastern Railway|LNER]] au [[Royaume-Uni]] , la '''[[Mallard (locomotive)|Mallard]]''', tractant six voitures et une voiture dynamométrique à 203 km/h sur une voie descendant légèrement de Stoke Bank le [[3 juillet]] [[1938]]. Comme d'autres locomotives (allemandes, américaines ou belge) se sont seulement approchées de ce record, il est considéré comme constituant la limite pour un train tracté à la vapeur.
== Description ==
La locomotive se compose de 3 parties principales ou ensembles :
* le '''véhicule roulant''' qui se compose du [[châssis]], des organes de [[Suspension de véhicule|suspension]] et des roues ;
* 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 (wagon)|tender]] destiné à porter l'approvisionnement en eau et combustible.
{{Article détaillé|Composants d'une locomotive à vapeur}}
=== Le véhicule ===
La locomotive prend appui sur les [[rail]]s et on a longtemps pensé que le poids était seul source de l'[[adhérence]] qui permet la progression du véhicule. Les [[essieu]]x moteurs sont spécialement chargés et on accouple, à l'aide de [[bielle]]s, les roues voisines d'un même diamètre pour en faire autant de [[Roue motrice|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 [[cylindre]]s 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 ===
[[Image:4017 Backhead 20040426.jpg|250px|thumb|left|Porte du foyer et devanture d'une locomotive Big-Boy]]
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 bouilleurs''' et les '''tubes à fumée'''.
Le [[combustible]] - charbon, bois ou pétrole - alimente le feu par l'ouverture du foyer, où il brûle sur la grille. 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. 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 résultant de la combustion passent au travers des tubes bouilleurs et tubes à fumée, où ils transmettent leur chaleur à l'eau de la chaudière et arrivent à la [[boîte à fumées]], dans laquelle un pare-escarbilles retient les cendres incandescentes, avant d'être expulsés par la cheminée à travers l'[[pot d'échappement|échappement]].
La vapeur formée par l'eau de la chaudière se concentre dans le dôme de vapeur, passe par la soupape du [[régulateur]] actionnée depuis la cabine de conduite au moyen du levier de régulateur et de son arbre de commande et atteint éventuellement le [[surchauffe]]ur, 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) ===
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 [[Roue motrice|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.
Travail de la distribution (modèle de [[distribution Walschaert]]) :
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.
[[Image:Steam locomotive work.gif|center]]
Par l'intermédiaire de la contre-manivelle (2) calé 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). Couplée au levier d'avance (4), le déplacement de la bielle sur la coulisse permet de régler le décalage entre les déplacements du tiroir et ceux du piston. On peut ainsi régler le rapport puissance/vitesse 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 (ferroviaire)|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|régule]] et non des [[roulement à billes|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 [[Traitement intégral Armand|T.I.A]] (Traitement Intégral Armand) qui permet d'empêcher la formation et le dépôt de [[tartre (eau)|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 de locomotives|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 type locomotive|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.
== Acteurs significatifs dans le domaine ==
''par ordre alphabétique''
* [[Louis Armand]] ''inventeur du T.I.A''
* [[Marc de Caso]]
* [[André Chapelon]]
* [[Thomas Russell Crampton]]
* [[Gaston Du Bousquet]]
* [[Wilhelm Engerth]]
* [[Alfred De Glehn]]
* [[Nigel Gresley]]
* [[Anatole Mallet]]
* [[Robert Riddles]]
* [[Marc Seguin]]
* [[Sir William Stanier]]
* [[George Stephenson]]
* [[Richard Trevithick]] ''Constructeur de la 1{{re}} locomotive en 1804''
== Nomenclature et modèles célèbres ==
* [[Classification des locomotives]]
* [[Fusée de Stephenson]]
* [[Crampton (locomotive)|Crampton]]
* [[241 Est 41001|41001]] ''"Mountain" prototype de la Cie. de l'Est''
* [[Mallard (locomotive)|Mallard]]
* [[030 TU]] ''S100 "USATC"''
* [[141 R]] ''"Mikado" de la SNCF''
* [[141 P SNCF|141 P]] ''"Mikado" de la SNCF''
* [[150 P]] ''"Décapod" de la SNCF''
* [[230 PO 4201 à 4370|230 G]] ''Ten Wheel'' du PO puis de l'État et de la SNCF''
* [[231 G]] ''"Pacific"''
* [[231 E]] ''"Pacific" Chapelon de la Cie. du Nord
* [[232 U 1]] ''"Hudson ou Baltic" prototype de la SNCF''
* [[241 P]] ''"Mountain" de la SNCF''
* [[242 A 1]] ''"Northern" prototype de la SNCF''
* [[160 A 1]] ''"Centipède" prototype de la SNCF''
* [[151 A ]] ''"Santa-fé" du P.L.M.''
* [[240 P ]] ''"Twelve-Wheeler" de la SNCF''
* [[030 ]] "Bourbonnais"
* [[Big Boy (locomotive)|2-4-4-2]] "Big-Boy" de l'Union Pacific
* [[220 ]] classe "School" du Southern Railway
<gallery>
Image:France Paris Champs Elysees Locomotive 030TA628 01.JPG|Locomotive 030TA628
Image:France Paris Champs Elysees Locomotive Crampton 80 01.JPG|Locomotive Crampton 80
Image:France Paris Champs Elysees Locomotive Saint Pierre.JPG|Locomotive Saint-Pierre
Image:Locomotive Seguin 01.JPG|Locomotive Seguin
</gallery>
== Hommages ==
Une œuvre musicale d'[[Arthur Honegger]] se nomme [[Pacific 231 (Honegger)|Pacific 231]], illustrant le film dont la vedette principale est la Pacific 231 E 24 "Chapelon".
Ce film de court-métrage (10 minutes) de [[Jean Mitry]] a obtenu le prix du meilleur montage au [[festival de Cannes]] en 1949.
L'adaptation du film est de [[Jean Mitry]] et Marc Ducouret, les images d'[[André Périé]] (cinéaste officiel de la [[Société nationale des chemins de fer français|SNCF]] ), d'André Tadié et Jean Jarret, le son de Georges Leblond, . La machine était conduite par l'équipage : Gilbert Parrage et Jean Grangier. Le parcours s'effectue sur la ligne Paris-Lille.
== Voir aussi ==
===Articles connexes===
{{Commons|Category:Steam locomotives|la locomotive à vapeur}}
* [[Locomotive]]
* [[Locomotives à vapeur françaises]]
* [[Tender (wagon)|Tender]]
* [[Locomotive diesel]]
* [[Locomotive électrique]]
* [[Locomotive à turbine à gaz]]
=== Liens externes ===
* [http://tvnp.rail-france.org/ Les locomotives à vapeur françaises préservées]
* [http://www.voisin.ch/dlok Construction et fonctionnement de la locomotive à vapeur]
* [http://home.scarlet.be/nomoreillusions/loco.html Les locomotives à vapeur Belges préservées]
* [http://locovapeur.free.fr/ Un site sur les locomotives à vapeur françaises]
{{Portail Ferrovipédia}}
[[Catégorie:Locomotive à vapeur|*1]]
{{Lien AdQ|de}}
{{Lien AdQ|ro}}
{{Lien BA|de}}
[[cs:Parní lokomotiva]]
[[da:Damplokomotiv]]
[[de:Dampflokomotive]]
[[en:Steam locomotive]]
[[eo:Vaporlokomotivo]]
[[es:Locomotora de vapor]]
[[eu:Lurrun tren-makina]]
[[fi:Höyryveturi]]
[[hr:Parna lokomotiva]]
[[hu:Gőzmozdony]]
[[it:Locomotiva a vapore]]
[[ja:蒸気機関車]]
[[ko:증기 기관차]]
[[lt:Garvežys]]
[[mk:Парна локомотива]]
[[nl:Stoomlocomotief]]
[[nn:Damplokomotiv]]
[[pl:Parowóz]]
[[pt:Locomotiva a vapor]]
[[ro:Locomotivă cu abur]]
[[ru:Паровоз]]
[[simple:Steam locomotive]]
[[sk:Parná lokomotíva]]
[[sl:Parna lokomotiva]]
[[sr:Парна локомотива]]
[[sv:Ånglok]]
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[[uk:Паровоз]]