L'histoire de la technologie ferroviaire
Des voies grecques aux trains Hyperloop de demain
Soldats allemands dans un wagon en route vers le front en août 1914. Domaine public
Depuis leur invention, les chemins de fer ont joué un rôle énorme dans le développement des civilisations à travers le monde. De la Grèce antique à l'Amérique moderne, les chemins de fer ont changé la façon dont les humains voyagent et travaillent.
La première forme de transport ferroviaire remonte en fait à 600 av. Les Grecs ont creusé des rainures dans les routes pavées de calcaire à utiliser conjointement avec des véhicules à roues, facilitant le transport des bateaux à travers l'isthme de Corinthe. Cependant, lorsque les Romains ont conquis les Grecs en 146 avant J.-C., les premiers chemins de fer sont tombés en ruine et ont disparu pendant plus de 1 400 ans.
Le premier système de transport ferroviaire moderne n'a fait son retour qu'au XVIe siècle. Même alors, il faudrait encore trois cents ans avant que l'invention de la locomotive à vapeur ne transforme le transport ferroviaire à l'échelle mondiale.
Les premiers chemins de fer modernes
Les précurseurs des trains modernes ont fait leurs débuts au début des années 1550 en Allemagne avec l'introduction des wagons. Ces routes à rails primitives étaient constituées de rails en bois sur lesquels des chariots ou des charrettes tirés par des chevaux pouvaient se déplacer plus facilement que sur des chemins de terre. Dans les années 1770, les rails en bois avaient été remplacés par des rails en fer. Ces voies ferrées ont évolué en tramways qui se sont répandus dans toute l'Europe. En 1789, l'Anglais William Jessup a conçu les premiers wagons avec des roues à boudin qui étaient rainurées, permettant aux roues de mieux adhérer au rail. Cette caractéristique de conception importante a été reportée sur les locomotives ultérieures.
Jusqu'aux années 1800, les chemins de fer étaient construits en fonte. Malheureusement, la fonte était sujette à la rouille et elle était cassante, ce qui la faisait souvent tomber en panne sous contrainte. En 1820, John Birkinshaw a inventé un matériau plus durable appelé fer forgé. Cette innovation, bien qu'une amélioration par rapport à la fonte était encore imparfaite, cependant, elle est devenue la norme jusqu'à l'avènement de la Bessemer Ce processus a permis la production moins chère d'acier à la fin des années 1860, déclenchant l'expansion rapide des chemins de fer non seulement à travers l'Amérique mais dans le monde entier. Finalement, le procédé Bessemer a été remplacé par l'utilisation de fours à foyer ouvert, ce qui a encore réduit le coût de la production d'acier et a permis aux trains de relier la plupart des grandes villes des États-Unis à la fin du 19e siècle.
La révolution industrielle et la machine à vapeur
Avec les bases d'un système avancé de chemins de fer, tout ce qui restait à faire était de trouver un moyen de transporter plus de personnes et plus de marchandises sur de plus longues distances sur une période de temps plus courte. La réponse est venue sous la forme de l'un des plus inventions importantes de la Révolution industrielle , la machine à vapeur , qui était essentiel au développement du chemin de fer et des trains modernes.
En 1803, un homme du nom de Samuel Homfray décide de financer le développement d'un véhicule à vapeur pour remplacer les charrettes tirées par des chevaux sur les tramways. Richard Trévithick construit ce véhicule, la première locomotive de tramway à vapeur. Le 22 février 1804, la locomotive a transporté une charge de 10 tonnes de fer, 70 hommes et cinq wagons supplémentaires sur les neuf milles entre les forges de Pen-y-Darron dans la ville de Merthyr Tydfil, au Pays de Galles, jusqu'au fond d'Abercynnon. vallée. Le voyage a duré environ deux heures.
En 1812, l'inventeur anglais Georges Stephenson est devenu ingénieur de la mine pour la ligne de chemin de fer Stockton et Darlington. En 1814, il avait construit sa première locomotive pour eux. Peu de temps après, il a convaincu les propriétaires d'essayer une locomotive à vapeur. Le premier effort a été nommé le Locomotion . Alors que Stephenson est considéré comme l'inventeur du premier moteur de locomotive à vapeur pour les chemins de fer, l'invention de Trevithick est citée comme la première locomotive de tramway.
En 1821, l'Anglais Julius Griffiths est devenu le premier à breveter une locomotive routière pour passagers. En septembre 1825, utilisant les locomotives de Stephenson, la Stockton & Darlington Railroad Company lança le premier chemin de fer à transporter à la fois des marchandises et des passagers voyageant selon des horaires réguliers. Ces nouveaux trains pouvaient tirer six wagons chargés de charbon et 21 wagons passagers d'une capacité de 450 passagers sur neuf milles en une heure environ.
Peu de temps après, Stephenson a ouvert sa propre entreprise, Robert Stephenson and Company. Son prototype le plus célèbre, Fusée de Stephenson , a été conçu et construit pour les Rainhill Trials, un événement de 1829 organisé par le Liverpool and Manchester Railway pour choisir la meilleure conception pour propulser leurs nouvelles locomotives. La Fusée , la locomotive la plus avancée de son époque, a gagné haut la main et a ensuite établi la norme selon laquelle la plupart des moteurs à vapeur seraient construits pour les 150 prochaines années.
Le système ferroviaire américain
Le colonel John Stevens est considéré comme le père des chemins de fer aux États-Unis. En 1826, Stevens a démontré la faisabilité de la locomotion à vapeur sur une piste circulaire expérimentale construite dans son domaine à Hoboken, New Jersey - trois ans avant que Stephenson ne perfectionne une locomotive à vapeur pratique en Angleterre.
Stevens a obtenu la première charte de chemin de fer en Amérique du Nord en 1815, mais d'autres ont commencé à recevoir des subventions et les travaux ont commencé sur les premiers chemins de fer opérationnels peu de temps après. En 1930, Pierre Cooper conçu et construit la première locomotive à vapeur de construction américaine, la Le petit Poucet, être exploité sur un chemin de fer public.
Une autre innovation ferroviaire majeure du XIXe siècle n'avait rien à voir avec la propulsion ou l'alimentation électrique. Au lieu de cela, tout était question de confort des passagers. Georges Pullman a inventé la voiture-lits Pullman en 1857. Bien que les voitures-lits aient été utilisées sur les chemins de fer américains depuis les années 1830, la voiture Pullman a été conçue spécifiquement pour les voyages de passagers de nuit et était considérée comme une nette amélioration par rapport à ses prédécesseurs.
Les inconvénients de la vapeur
Alors que les locomotives à vapeur ont eu un impact indéniable sur le transport et l'expansion économique au cours du 19esiècle, la technologie n'était pas sans inconvénients. L'un des plus problématiques était la fumée qui résultait de la combustion du charbon et d'autres sources de combustible.
Alors que les sous-produits nocifs étaient tolérables en pleine campagne, même au début, les dangers créés par l'échappement de carburant sont devenus d'autant plus apparents que les chemins de fer empiétaient sur des zones plus peuplées, ce qui, à son tour, nécessitait un nombre croissant de tunnels souterrains pour accueillir les trains à destination des villes. destinations. Dans une situation de tunnel, la fumée peut devenir mortelle, surtout si un train reste coincé sous le sol. Les trains alimentés à l'électricité semblaient une alternative évidente, mais la technologie des premiers trains électriques ne pouvait tout simplement pas suivre la vapeur sur de longues distances.
Les locomotives électriques démarrent lentement
Le premier prototype de locomotive électrique a été construit en 1837 par le chimiste écossais Robert Davidson, alimenté par des cellules de batterie galvaniques. La prochaine locomotive de Davidson, une version plus grande nommée Galvani , a fait ses débuts à l'exposition de la Royal Scottish Society of Arts en 1841. Il pesait sept tonnes, avait deux moteurs à réluctance à entraînement direct qui utilisaient des électroaimants fixes agissant sur des barres de fer fixées à des cylindres en bois sur chaque essieu. Alors qu'il est testé sur le chemin de fer d'Edimbourg et de Glasgow en septembre 1841, la puissance limitée de ses batteries fait échouer le projet. La Galvani a ensuite été détruit par des cheminots qui considéraient la technologie alternative comme une menace potentielle pour leurs moyens de subsistance.
Imaginé par Werner von Siemens, le premier train de voyageurs électrique, composé d'une locomotive et de trois voitures, a fait son premier trajet en 1879 à Berlin. Le train avait une vitesse maximale d'un peu plus de huit miles par heure (13 km). En quatre mois, il a transporté 90 000 passagers sur une piste circulaire de 984 pieds (300 mètres). Le courant continu de 150 volts du train était fourni via un troisième rail isolé.
Les lignes de tramway électriques ont commencé à gagner en popularité, d'abord en Europe, puis aux États-Unis, après que la première ait fait son apparition en 1881 à Lichterfelde, juste à l'extérieur de Berlin, en Allemagne. En 1883, un tramway électrique circulait à Brighton, en Angleterre, et le tramway qui lança le service près de Vienne, en Autriche, la même année fut le premier en service régulier à être alimenté par une ligne aérienne. Cinq ans plus tard, des chariots électriques conçus par Frank J. Sprague (un inventeur qui avait autrefois travaillé pour Thomas Edison) ont pris les rails pour le Richmond Union Passenger Railway.
La transition de la vapeur à l'électricité
La première ligne de chemin de fer électrique souterraine a été lancée par le City and South London Railway en 1890. Cinq ans plus tard, Sprague a proposé un système de contrôle de traction (MU) à unités multiples révolutionnaire pour les trains. Chaque voiture était équipée de son moteur de traction et de ses relais motorisés. Toutes les voitures étaient alimentées par l'avant du train et les moteurs de traction fonctionnaient à l'unisson. Les MU ont obtenu leur première installation pratique pour le South Side Elevated Railroad (qui fait maintenant partie du Chicago L) en 1897. Avec le succès de l'invention de Sprague, l'électricité a rapidement pris le relais comme source d'alimentation de choix pour les métros.
En 1895, un tronçon de quatre milles de la Baltimore Belt Line du Baltimore and Ohio Railroad (B&O) qui reliait le New York est devenu la première ligne ferroviaire principale américaine à être électrifiée. Des locomotives à vapeur se sont arrêtées à l'extrémité sud de la ligne électrifiée, puis ont été couplées à des trains électriques et tirées à travers les tunnels qui entouraient Baltimore.
La ville de New York a été l'une des premières à interdire les moteurs à vapeur de leurs tunnels ferroviaires. À la suite d'une collision dans un tunnel de Park Avenue en 1902, l'utilisation de locomotives générant de la fumée a été interdite au sud de la rivière Harlem. Le New York Central Railroad a commencé à utiliser des locomotives électriques en 1904. À partir de 1915, le Chicago, Milwaukee, St. Paul and Pacific Railroad a électrifié le service à travers les Rocheuses et la côte ouest. Dans les années 1930, le Pennsylvania Railroad avait électrifié tout son territoire à l'est de Harrisburg, en Pennsylvanie.
Avec l'avènement des trains à moteur diesel dans les années 1930 et les décennies suivantes, l'expansion des infrastructures pour les trains à propulsion électrique a ralenti. Finalement, cependant, le diesel et l'électricité seraient combinés pour créer plusieurs générations d'électro-diesels et d'hybrides qui utilisaient le meilleur des deux technologies et deviendraient la norme pour de nombreuses lignes de chemin de fer.
Technologies ferroviaires avancées
Dans les années 1960 et au début des années 1970, il y avait un intérêt considérable pour la possibilité de construire des trains de voyageurs qui pourraient voyager beaucoup plus rapidement que les trains conventionnels. Dès les années 1970, intérêt pour une technologie alternative à grande vitesse centrée sur la lévitation magnétique, ou maglev , dans lequel les voitures roulent sur un coussin d'air créé par la réaction électromagnétique entre un appareil embarqué et un autre intégré dans sa glissière.
Le premier train à grande vitesse a fonctionné entre Tokyo et Osaka au Japon et a ouvert ses portes en 1964. Depuis lors, de nombreux autres systèmes de ce type ont été construits dans le monde, notamment en Espagne, en France, en Allemagne, en Italie, en Scandinavie, en Belgique, en Corée du Sud et en Chine. , le Royaume-Uni et Taïwan. Les États-Unis ont également discuté de l'installation d'un train à grande vitesse entre San Francisco et Los Angeles et sur la côte Est entre Boston et Washington, D.C.
Les moteurs électriques et les progrès des technologies de transport ferroviaire ont depuis permis aux humains de voyager à des vitesses allant jusqu'à 320 miles par heure. Encore plus d'avancées dans ces machines sont en cours de développement, y compris le train à tubes Hyperloop, qui devrait atteindre des vitesses proches de 700 miles par heure, qui a achevé son premier test de prototype réussi en 2017.