L’évolution de la technique

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Cependant, on trouvait en abondance en Belgique des charbons menus, en vente à des prix dérisoires. L’ingénieur Belpaire, qui devint plus tard directeur des Chemins de fer de l’Etat, eut l’idée d’utiliser ces charbons sur les locomotives et, dans ce but, transforma radicalement les foyers. En 1860, abandonnant le foyer profond, il adopta le foyer plat auquel son nom est resté attaché, à grande surface de grille, pour brûler le charbon menu sous faible épaisseur.

Mais la nécessité d’augmenter toujours davantage la puissance des locomotives conduisit à allonger et à élargir le foyer jusqu’à le faire déborder considérablement sur les longerons. On en vint ainsi à un foyer de 6,86 m² de grille, à deux portes. Dans ces conditions, l’enfournement du combustible, nécessitant la présence de deux chauffeurs, devenait trop difficile, et l’on se rendit compte qu’il n’était pas possible d’aller au-delà.

Sous l’influence de Flamme, plus tard directeur du Matériel aux Chemins de fer de l’Etat, on revint au foyer profond, dans lequel on brûlait exclusivement des briquettes. C’est de cette époque que datent les locomotives de type anglais, dites « Mac Intosh ». Ces locomotives étaient dérivées des machines étudiées par l’ingénieur Mac Intosh pour le Caledonian Railway, célèbre réseau écossais. Il y eut notamment les types 17, 18, 30 et 32.

 Compoundage et surchauffe.

Plus tard, on améliora encore le rendement de la vapeur en adoptant le compoundage, un système utilisé avec succès dans la marine et que l’ingénieur genevois Mallet avait appliqué aux locomotives. La vapeur qui s échappe dans l’atmosphère contient encore une certaine quantité d’énergie en sortant du cylindre. Grâce au compoundage, elle est détendue partiellement dans un premier cylindre, dit à « haute pression » (HP), puis elle est dirigée dans un second cylindre, dit à « basse pression » (BP), dans lequel s’achève la détente. Elle arrive alors à l’échappement sans gaspillage de pression.

« Compound » est un terme anglais qui signifie composé. Les machines dépourvues de ce système sont dites « à simple expansion ». Nos premières locomotives compound datent de 1905 et furent construites sur le modèle des compound françaises (types 6 et 8). C’était l’époque des polémiques entre les partisans du compoundage et ceux qui préconisaient la surchauffe.

Dans une chaudière ordinaire, la vapeur est saturée et le moindre refroidissement provoque sa condensation partielle, l’eau et la vapeur étant toujours à température égale. Or, la vapeur augmente de volume si on la chauffe dans un appareil spécial, de manière que l’eau dont elle émane ne subisse pas cette élévation de température. De ce fait, pour le même poids de vapeur consommé, on peut utiliser des cylindres plus grands et renforcer ainsi la puissance de la locomotive. La vapeur sortant de la chaudière est conduite dans un collecteur situé dans la boîte à fumée. Ce collecteur la répartit dans une série de petits tubes placés à l’intérieur des tubes à fumée, où elle est réchauffée. Elle est ensuite dirigée sur les cylindres, à l’intérieur desquels elle ne se condense plus. Flamme adopta ce procédé en 1903 et conçut peu après ses locomotives de grande puissance, à quatre cylindres égaux, munies du surchauffeur Schmidt. Apparurent ainsi le type 9, en 1905, et les types 10 et 36, en 1910.

L’Allemand Schmidt avait imaginé deux types de surchauffeurs : l’un, placé dans la boîte à fumée ; l’autre, dans les tubes. Tandis que les chemins de fer allemands expérimentaient le premier système, Flamme choisissait le second, plus rationnel, qui se généralisa. On peut donc dire que Flamme eut une part très importante dans la mise au point et le développement de la surchauffe.

En 1920, la surchauffe a été combinée avec le compoundage sur les locomotives type 8 bis. Ces machines avaient été étudiées avant la première guerre mondiale, mais celle-ci fit reporter leur construction. A cette époque, la superposition de la surchauffe et du compoundage était considérée par l’ingénieur allemand von Borries comme la solution la plus judicieuse.

Principales dispositions des cylindres

 Echappement.

L’échappement est en fait un éjecteur qui utilise la vitesse de la vapeur s’échappant des cylindres pour provoquer le tirage nécessaire à la combustion.

Pour obtenir le tirage, on disposait, au début, de deux mètres environ pour la cheminée et, à la fin, à peine de quelques centimètres par suite de l’accroissement considérable des dimensions du corps cylindrique. Pour obvier à cet inconvénient, plusieurs systèmes d’échappement furent imaginés ; ils consistaient à peu près tous à diviser le jet de vapeur en plusieurs jets de plus petit diamètre, multipliant ainsi les niveaux d’aspiration. Il y eut, parmi beaucoup d’autres, l’échappement à trèfle du P.L.M., donnant trois jets séparés disposés en forme de feuille de trèfle, et l’échappement à tuyère multiple, à large section, du Belge Lemaître. Cet échappement fut appliqué à partir de 1935 aux types 7 et 9.

Auparavant, les échappements simples avaient été complétés par un « petticoat », sorte de hotte en forme de jupon (petticoat signifie jupon dans la langue de Shakespeare).

Pour encore améliorer le tirage, il aurait fallu augmenter l’espace séparant l’orifice supérieur de la tuyère d’échappement de la base de la cheminée. Mais le gabarit limitant la hauteur de la cheminée conditionnait la hauteur totale de l’ensemble. Toutefois, en utilisant deux cheminées jumelles correspondant à une tuyère d’échappement également dédoublée, on pouvait conserver la hauteur usuelle tout en assurant parfaitement le tirage. Dès 1922, les types 10 et 36 avaient été pourvus d’échappements doubles conçus par le Belge Legein.

Les locomotives modernes type 1 et type 12 étaient dotées de l’échappement double « Kylchap », inventé par le Finlandais Kylälä et perfectionné par le Français Chapelon. Cet échappement était constitué par quatre canaux groupés dans deux tuyères.

En 1959, l’échappement oblong de l’Autrichien Giesl a été appliqué à deux types 40 et à deux types 81, à titre expérimental. Cet échappement assure un tirage plus élevé et augmente la production de vapeur tout en réalisant une économie de 15 % de combustible et de 20 % d’eau.

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