- Pentes

Dès le début du chemin de fer, le problème de l'adhérence des roues motrices à la voie se posa aux concepteurs. Ainsi, en 1812, en Angleterre, Blenkinsop, directeur de Houillère, ayant fait construire une locomotive légère (cinq tonnes) et ayant peur du patinage des roues, imagina un système de pignon moteur engrenant sur une crémaillère extérieure. Ce système fonctionna trente ans mais la vitesse ne pouvait dépasser 8 km/h. Heureusement, à la même époque, William Hedlay, directeur d'une autre mine, trouvait expérimentalement la relation nécessaire entre le poids réparti sur la roue motrice et la capacité d'adhérence.

Expérience 4 : forte pente

Lorsque la force motrice s'exerce sur la roue motrice, la jante exerce un effort tangentiel  au niveau du point d'appui sur le rail. Cet effort est notamment inversement proportionnel au diamètre de la roue. A l'effort tangentiel exercé dans le sens de la rotation, s'oppose une résistance due aux frottements des surfaces en contact. Si le frottement est inférieur à l'effort de la jante, il y a glissement et la roue patine.

L'état de la surface des corps en présence, roue et rail, est très important. Le coefficient d'adhérence étant proportionnel à la rugosité des surfaces. Rails et bandages des roues étant naturellement polis par le roulement, on a imaginé le sablage qui en projetant du sable au niveau du contact de roue lorsque c'est nécessaire, en particulier au démarrage, améliore l'adhérence en créant une rugosité artificielle. Ce procédé a même été automatisé, le patinage entraînant immédiatement le sablage de la roue concernée.

Expérience 5 : pente douce

Un autre paramètre déterminant de l'adhérence est le poids porté par la roue. On a donc compris qu'il fallait augmenter ce poids pour augmenter la possibilité de force de traction, mais le poids sur une roue est limité par les contraintes admissibles par la voie. C'est la raison pour laquelle on a été conduit sur certains types de machines nécessitant de bonnes caractéristiques d'adhérence (locomotives pour trains de marchandises lourds, locomotives pour lignes de montagne), tout en multipliant le nombre des essieux, à faire que ceux-ci soient tous moteurs, de façon à bénéficier au maximum du paramètre « poids » sur chacun d'entre eux. De nos jours toutes les locomotives, diesel ou électrique, construites, sont à adhérence totale.

Une 2.4.1 Moutain, locomotive à forte adhérence

Le chemin de fer par ses exigences de profil en long à faible déclivité oblige à franchir les reliefs à l'aide d'ouvrages nombreux : viaducs et tunnels. Les creusements de tunnel incitèrent les ingénieurs à imaginer des techniques nouvelles face à des problèmes nouveaux, surtout par leur ampleur.

Les ponts suspendus permettent des portées considérables. C'est aux Etats-Unis que cette technique progressa à ses débuts. L'un des plus célèbres franchissait le Niagara, il a été réalisé entre 1852 et 1856. Son tablier dominait le fleuve de 74 m et franchissait 249 m de portée. Il comprenait une route située dans la hauteur du tablier et une voie ferrée au-dessus. Il est actuellement remplacé par un pont métallique à arc.

Les ponts métalliques en arc permirent des portées très grandes avec une voie à grande hauteur. Eiffel en fit l'expérience à Porto et cette technique fut appliquée en 1881 au célèbre viaduc de Gabarit franchissant la vallée à 124 m de hauteur. L'arche centrale a près de 180 m entre appuis, l'ouvrage métallique faisant 565 m en tout.

Les viaducs en pierre ont l'avantage d'une grande pérennité. En France, se trouvent de très nombreux viaducs importants. Le viaduc célèbre de Chaumont, long de 600 m, haut de 50 m, a été construit en un an en 1855.

Le pont Séjourné (ligne de Cerdagne)                Le pont Cantilever en Ecosse        

Le fameux Viaduc de Brunoy

Le premier tunnel important fut percé par Marc Seguin entre Saint-Etienne et Lyon en 1826. Il avait une ouverture de 5 m de haut sur 3 m de large. Sa forme ovoïde permettait de résister à la poussée des terres.

Deux  méthodes  furent expérimentées à  l'époque : la méthode par grande section et la méthode par section divisée.

La première consistait à attaquer l'ensemble de la partie haute à construire ensuite la voûte, à descendre, enfin, pour la construction des piédroits.

La seconde à l'inverse consistait à creuser pour exécuter les piédroits, à réaliser ensuite la voûte et à évacuer enfin la partie du milieu.

Tunnel italien                                            Tunnel de Caranca    

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