Le rail

- Evolution de la composition du rail

La plus ancienne trace de rail proprement dite apparaît au XV^ème siècle, mais les rails en bois devinrent d'un usage courant dans les mines au XVI^ème siècle, notamment en Allemagne et dans les mines anglaises du Nottinghamshire. Le nombre de 600 wagons utilisés vers 1690 dans une seule mine démontre bien l'importance déjà donnée à ce type de transport.

Vers 1738, à Whitehaven, on eut l'idée de garnir les rails en bois avec des lames de fonte clouées. Ainsi, vers 1750, les rails en fonte firent leur apparition en Angleterre dans les mines de Coalbrookdale. La voie ferrée prit alors un grand développement.

Les rails en fer apparurent en 1811 dans la carrière de Lord Carlisle et, dès l'apparition régulière de la traction à vapeur, le rail en fonte disparut du fait de sa fragilité.

La substitution du rail en acier au rail en fer se fit à partir de la deuxième moitié du XIX^ème  siècle. Le rail en acier a une durée d'existence 9 à 10 fois plus longue que celle du rail en fer. On vit ainsi sa consommation nettement diminué malgré le développement considérable du chemin de fer.

Pour la fabrication des rails, on utilise des aciers mi-durs au carbone, élaborés par le procédé Thomas. Cet acier doit avoir les qualités suivantes :

- résistance à l'abrasion

- résistance aux chocs

- la soudabilité à l'arc ou par aluminothermie

Pour produire cet acier, qui a une résistance à la traction de 70 à 85 hbar (13 tonnes en moyenne par essieu), on utilise, en plus du fer, les quantités suivantes de composants :

- carbone : 0,37 à 0,55 %

- manganèse : 0,70 à 1,20 %

- silicium : < 0,35 %

- phosphore : < 0,08 %

- soufre : 0,06 %

En réalité un peu de nickel est favorable à la résistance à l'abrasion.

- Evolution de l'aspect du rail

On commença à s'intéresser réellement à la forme du rail  lorsqu'on commença à utiliser la fonte. Ainsi en 1789, Jessop inventa un rail en fonte, " l'edge rail ", en saillie avec l'utilisation de la roue à boudin. Ces rails comportaient une courbe inférieure dite en " ventre de poisson ". Chaque élément très court était fixé par des boulons directement sur des dés en pierre ou des blocs de bois.

En 1797 apparurent dans les mines de Lawson des rails droits fixés pour la première fois par des coussinets ou " chairs " en fer.

Différents rails dont le rail en " ventre de poisson"en haut à gauche

En 1830, lorsque le rail était en fer, Robert Stevens inventa le rail à champignon et à semelle, dit " Vignole ". Le coussinet était supprimé. Le rail reposait directement par sa semelle sur les dés ou les traverses. Il fut introduit vers 1836 en Angleterre par un certain Vignole, d'où son nom, puis par Marc Seguin en France. Le rail Vignole est composé de trois parties :

- le champignon sur lequel se fait le roulement

- le patin qui est la partie s'appuyant sur les traverses avec fixation par crampons ou tirefonds

- l'âme qui est la partie verticale reliant le champignon au patin

Un rail à champignon de type " Vignole "

Le rail " à double champignon " est symétrique dans l'axe de sa hauteur. Sa pose nécessitait l'utilisation de coussinets. Il était théoriquement plus économique ; usé d'un côté il était utilisé de l'autre, mais les coussinets laissaient des empreintes et, quand l'acier remplaça le fer, le rail s'usant beaucoup moins, le rail à double champignon perdit peu à peu son utilité.

Rail " à double champignon "

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