Histoire des chemins de fer

L'Histoire des chemins de fer, tel que nous les connaissons encore aujourd'hui, commence en Angleterre dans les années 1820 avec les débuts du chemin de fer mécanisé qui est resté en pratique le mode de transport terrestre dominant pendant près d'un siècle, avant d'être supplanté, depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale, par le transport routier automobile.

Néanmoins, l'histoire du transport ferroviaire commence avant la découverte de la machine à vapeur, avec des rails en bois, puis la mise au point des rails en fer puis en acier, mais utilisant la traction humaine ou animale. L'histoire du transport utilisant un système guidé est encore plus ancienne, avec l'utilisation d'ornières creusés dans la pierre, et en remontant plus loin dans le temps des systèmes utilisant le bois comme chemin est une des hypothèses envisagées pour expliquer le transport des charges lourdes dans l'antiquité^[1].

L'ancêtre des chemins de fer

Le chemin de fer a été créé pour réduire le travail à fournir lors d'un déplacement de masse. Dans cette perspective la voie charretière, apparue au Moyen Âge^[2], peut être considérée comme l'ancêtre de celui-ci. Des vestiges de ces rigoles de pierre sont encore présents de nos jours. Par exemple, on en a retrouvé à Pompéi datant de l'an 50 ap.J-C^[3]. un autre exemple en est la route d'Etraz en Suisse^[4]. Plus tard avec le développement (entre autres) des mines de charbon en Angleterre, ce même système fut repris. Les pierres plates n’étant pas « pratiques », on utilisa du bois, puis, pour en réduire l’usure, on plaça du fer dans le bas de la cale^[5]. Cette technique présenta à l'époque le même problème que les tramways d’aujourd’hui, qui utilisent un système similaire : les cales se remplissent de déchets (des pierres à l’époque). C’est ainsi que l’on créa le rail pour faire face à ce problème à la fin du XVIIIe siècle.

Les premiers chemins de fer

« The First Railway Coach »

L'usage de voies constituées de rails de bois sur lesquels circulaient des chariots hippomobiles, est apparu en France dans les années 1540, puis s'est répandu en Europe. Au début du XVIII^e siècle, on commença à employer le fer pour les roues comme pour les rails, et ces systèmes prirent le nom de tramways. Typiquement, les roues étaient guidées dans des ornières revêtues de plaques métalliques. Vers la fin du XVIII^e siècle, un ingénieur anglais, William Jessop conçut les rails à ornière destinés aux roues à boudin, pour un projet à Loughborough (Leicestershire), en 1789. En 1802, Jessop ouvrit le Surrey Iron Railway dans le sud de Londres, qui semble bien avoir été, bien qu'il fût à traction hippomobile, le premier chemin de fer public du monde^[6].

James Watt, inventeur et ingénieur en mécanique écossais, apporta en 1769 à la machine à vapeur les améliorations qui permirent d'en généraliser l'usage et encouragèrent d'autres expériences.

Arrivée de la vapeur

Locomotive de Trevithick (1804), premier succès d'une locomotive à vapeur

C'est un ingénieur cornouallais, Richard Trevithick, qui construisit la première locomotive à vapeur en 1804. Sa locomotive, qui n'eut pas de nom de baptême, fut utilisée dans l'usine sidérurgique de Pen-y-Darren au Pays de Galles. Ce fut un échec sur le plan économique, car sa machine était trop lourde pour la voie et resta en panne. Malgré son génie inventif, Richard Trevithick finit sa vie dans la pauvreté et son œuvre resta largement méconnue.

En 1812, un ingénieur et inventeur américain, Oliver Evans, publia sa vision du développement du chemin de fer à vapeur, avec un réseau de lignes à longue distance, desservi par des locomotives rapides, reliant les villes entre elles et réduisant sensiblement les temps de parcours tant pour les voyageurs que pour les marchandises. Evans précisa que des voies parallèles devaient être prévues pour permettre la circulation des trains dans les deux sens.

En 1813, George Stephenson persuada le directeur de la houillère dans laquelle il travaillait de le laisser construire une machine à vapeur. Il construisit la Blücher, la première locomotive à roues adhérentes. Les boudins des roues permettaient de faire rouler les trains sur le sommet des rails, et non plus dans des rails creux. Cela simplifia grandement la conception des aiguillages, et ouvrit la voie au chemin de fer moderne.

La compagnie du chemin de fer Stockton and Darlington ouvrit sa première ligne le 27 septembre 1825. Stephenson conduisait lui-même sa machine, la Locomotion n° 1 ; le spectacle attira une grande foule de spectateurs.

La locomotive à vapeur fut inventée au tout début de la révolution industrielle, et le chemin de fer devint un rouage essentiel de l'industrialisation, qui nécessitait le déplacement rapide des marchandises et de la main-d'œuvre. Au début, il était en concurrence avec le transport fluvial, mais rapidement le chemin de fer s'imposa grâce à la machine à vapeur, à l'amélioration de la voie et à la possibilité de construire des lignes de chemin de fer là où les canaux étaient impraticables.

En dehors de l'Angleterre, la première ligne régulière de chemin de fer à vapeur du monde, et donc du continent européen, est inaugurée le 5 mai 1835 entre Bruxelles et Malines. Ce n'est pas un essai voué à des transports épisodiques réservés aux riches mais, d'emblée, sous l'influence du ministre Charles Rogier, partisan des idées fouriéristes, pour qui le chemin de fer doit être accessible au peuple, c'est une ligne de l'État dotée des attributs principaux que vont adopter les chemins de fer du monde entier : trois classes correspondant à trois types de voitures qui, au début, reçoivent des noms inspirés de la terminologie traditionnelle des transports, berlines, diligence et char à bancs^[7]. Ces derniers, à prix modiques, permettent le déplacement des ouvriers, ce qui sonne l'heure du début des migrations quotidiennes de travailleurs favorisant la première industrialisation. Cette première ligne, suivie bientôt d'extensions, notamment vers l'Allemagne, sera dénommée plus tard "le Rhin de fer", lorsque la voie arriva à Ans, puis à Liège, prélude à la liaison vers le Rhin, car elle permettait de développer les échanges avec l'Allemagne pour remplacer les voies navigables passant par la Hollande devenues inaccessibles ou coûteuses depuis la révolution belge de 1830 qui avait mis fin à la domination des Pays-Bas. Des stations fixes dotées de guichets étaient installées à chaque extrémité du parcours, puis en des points intermédiaires. Au début, les passages à niveau avec les voies routières furent gardés par des militaires qui présentaient les armes au passage des convois. L'avance prise par la Belgique favorisa les inventions dont les brevets furent déposés par des mécaniciens et ingénieurs tels Walschaerts, en 1844, avec la distribution par coulisse répandue bientôt dans le monde entier au fur et à mesure de l'expansion des chemins de fer. Par la suite, l'ingénieur Belpaire trouva le moyen de convertir les foyers pour l'utilisation de ce que l'on appelait les charbons menus, résidus dont l'industrie ne voulait pas et que, pour cette raison, les chemins de fer belges pouvaient acheter à bas prix^[8],[9].

La traction à vapeur se répand vite dans le monde entier et connaît son essor maximal avant les années 1950. Durant plus d'un siècle, on assisté progressivement à des modifications de la traction :

• distribution par coulisse de Walschaerts,
• adoption du foyer plat à grande surface de Belpaire pour l'utilisation de tout type de combustible solide
• dispositif Franco-Crosti
• essai de la turbine à Vapeur (pour accélérer la vitesse)
• tendeur à condensation (pour limiter les moments d'approvisionnement en eau)
• machine à vapeur à Fuel, d'origine ou modifiée (à partir des années 1930, l'essence donne de meilleurs résultats que le charbons et des brûleurs à fuel sont mis au point): les machines à fuel ont connu leur heure de gloire dans le bloc de l'Est, avec les Reko(nstruktion)Lok(omotiven), suivant la terminologie Est-Allemande et en RFA, avec des essais fructueux sur les BR 01 (231), les BR41 (pacific) et les BR 44 (050), à partir des années 1950.

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  Locomotive Trevithick, 1802

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  La M’attrape qui peut ! de Richard Trevithick, 1808

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  La Salamanca, 1812, première locomotive à assurer un service commercial.

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  La Puffing Billy, 1814, la première locomotive opérationnelle à adhérence.

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  Locomotive Stephenson Killingworth, 1815

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  Locomotive Seguin, 1829, à chaudière tubulaire

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  Locomotive Stephenson « Planet » 1832

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  Locomotive Crampton

La traction électrique révolutionne les chemins de fer

La première machine électrique a été présentée en Allemagne en 1879, c'était alors une attraction. À la fin du XIX^e siècle, dans un certain nombre de régions, notamment proches des montagnes (ce qui permet le développement de l'hydro-électricité), des expériences sont réalisées avec succès et de proche en proche étendues à l'ensemble des réseaux dans les années 1930 et généralisées après la 2nde guerre mondiale, lors de la reconstruction des réseaux et leur électrification.

Avant le développement du train électrique, la plupart des transports terrestres, à part les chemins de fer, étaient assurés essentiellement par des véhicules hippomobiles. L'utilisation de la voie ferrée avait permis à un cheval de déplacer deux fois plus de personnes, donnant ainsi naissance aux chemins de fer urbains. En janvier 1888, la ville de Richmond (Virginie) servit de terrain d'essai pour un nouveau chemin de fer urbain électrique conçu par Frank J. Sprague. À partir des années 1890, le développement de l'électricité permit l'extension des chemins de fer souterrains.

De grandes villes comme Londres et New York se dotèrent d'un système de métro. Quand la traction électrique devint plus pratique, la plupart des chemins de fer urbains furent électrifiés, et prirent notamment le nom de « tramways ».

Dans de nombreux pays, ces chemins de fer urbains électriques se développèrent au-delà des zones urbaines pour relier d'autres agglomérations. Aux États-Unis, des réseaux de chemins de fer appelés Electric Interurban relièrent la plupart des agglomérations dans les États de l'Illinois, de l'Indiana, de l'Ohio, de Pennsylvanie et de New York. Dans la Californie du sud, le Pacific Electric Railway desservit la plupart des villes dans les comtés de Los Angeles et d'Orange. Il y eut des réseaux similaires en Europe, dont l'un des plus notables est celui qui relia toutes les villes de Belgique, le réseau de la Société Nationale des Chemins de fer Vicinaux.

Certains de ces réseaux existent encore et ont souvent été modernisés pour entrer dans les systèmes de transport public des zones concernées.

Traction électrique en ligne

Dès 1930, en Belgique, des autorails à moteur diesel sont mis en service sur le réseau en étoile autour de Gand, mais c'est la traction électrique qui requiert l'attention de la Société Nationale des Chemins de Fer Belges et, en 1936, la traction électrique est inaugurée entre Bruxelles et Anvers avec une ligne alimentée par une caténaire à 3.000 volts.

Dans le monde entier, le succès de l'électrification urbaine pousse de nombreuses compagnies à essayer de l'appliquer sur les grandes lignes. Le problème à résoudre est le transport de l'électricité.

L'Angleterre copie les systèmes adoptés par les réseaux de transports métropolitains urbains sans les transformer, avec prise de courant sur troisième rail et faible tension (750 V).

Pour d'autres, il faut utiliser le courant continu à haute tension afin d'éviter les pertes en ligne. Le 1 500 V est choisi en France, tandis qu'en Belgique et aux Pays-Bas, c'est le 3 000 V.

Le courant alternatif est plus facile à transporter, mais est mal adapté aux moteurs électriques existant alors. L'Allemagne, l'Autriche et la Suisse optent pour le 15 000 V monophasé fréquence 16 Hz 2/3.

Des essais en triphasé sont faits, mais exigent un équipement de taille, avec plusieurs lignes de caténaires. La région du Piémont en Italie a électrifié des lignes, mais les a par la suite converties au continu.

Les États choisissent un courant utilisé dans toutes les compagnies de leur pays, mais différent de celui des voisins. En cette période troublée, on souhaite que l'ennemi potentiel ne puisse faire circuler ses trains en cas d'invasion.

Finalement, en 1947, sous l'influence de Louis Armand^[10], des essais en Allemagne puis en France démontrent le potentiel du 25 000 V monophasé 50 Hz (courant industriel). La France l'adopte pour continuer son électrification, et le généralise sur les lignes nouvelles. Les pays qui n'avaient pas encore commencé à électrifier l'utilisent. Aujourd'hui, l'électronique au service des moteurs électriques permet d'utiliser directement ce courant, sans le transformer.

Traction diesel

On distingue deux types de locomotives diesel:

-les locomotives diesel hydrauliques: la locomotive se déplace grâce à un moteur diesel: ces machines ont rapidement été cantonnées au transport marchandises sur des longues distances ou sur des pentes fortes, et aux service de manœuvre.

-Les locomotives diesel électriques dotées d'un moteur électrique alimenté par une dynamo mue par un moteur diesel. Les locomotives diesel-électriques sont plus propres, plus efficaces, et demandent beaucoup moins d'entretien que les locomotives à vapeur. À partir des années 1950, les locomotives diesel-électriques se sont imposées dans de nombreuses régions du monde et particulièrement aux États-Unis. La toute nouvelle DB (RFA) a développé un parc de locomotives diesel dans les années 1950. En outre la traction diesel a connu un âge d'or en Europe de l'Est avec des machines comme la Ludmilla (la BR 230 de la DR) et le tambour de la Taïga, appelé ainsi en raison de l'absence de silencieux (la BR 200 de la DR), toutes deux produites en URSS.

Au cours du XX^e siècle, aux États-Unis, les modes routier et aérien ont pratiquement éliminé le rail pour les déplacements de voyageurs à longue distance. Cependant le chemin de fer reste le mode dominant pour le transport des marchandises. En Europe et dans certains pays d'Asie, la place du chemin de fer dans les transports de voyageurs reste importante.

Notes et références

Bibliographie

• Louis Armand, Propos ferroviaires, Paris, Fayard, 1970, 2^e éd. (1^re éd. 1969), 243 p. 
• Clive Lamming (dir.), Daniel Brun, Pierre Cerisier et Alain Gernigon, Larousse des trains et des chemins de fer, Paris, Larousse, 13 octobre 2005, 1^re éd., 511 p. (ISBN 2-03-505493-1 et 978-2035054937) [présentation en ligne] 
• William Wenger (préf. Roger Bonvin), Les Chemins de fer dans le monde, Lausanne, Mondo, 1969 

Voir aussi

Articles connexes

• Chemin de fer
• Chronologie des chemins de fer
• Histoire des chemins de fer par pays
• Train

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