L'histoire de la technologie ferroviaire

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 fait des rainures dans les routes pavées de calcaire à utiliser en conjonction 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 av.J.-C., les premiers chemins de fer sont tombés en ruine et ont disparu pendant plus de 1400 ans..

Le premier système de transport ferroviaire moderne n'a fait son retour qu'au XVIe siècle. Même alors, il faudra encore trois cents ans avant que l'invention de la locomotive à vapeur 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 chemins de fer primitifs étaient constitués de rails en bois sur lesquels des wagons 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 wagons ont évolué en tramways qui se sont répandus à travers l'Europe. En 1789, l'Anglais William Jessup conçoit les premiers wagons à roues à flasques rainurées, permettant aux roues de mieux adhérer au rail. Cette caractéristique de conception importante a été reportée aux 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 fragile, ce qui la faisait souvent échouer 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 du processus Bessemer a permis la production moins chère d'acier à la fin des années 1860, provoquant l'expansion rapide des chemins de fer non seulement à travers l'Amérique mais autour le monde. Finalement, le processus 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 permis aux trains de relier la plupart des grandes villes des États-Unis d'ici la fin du 19e siècle..

La révolution industrielle et la machine à vapeur

Avec les bases d'un système ferroviaire avancé, il ne restait plus qu'à trouver un moyen de transporter plus de personnes et plus de marchandises sur de plus longues distances sur une période plus courte. La réponse est venue sous la forme de l'une des inventions les plus importantes de la révolution industrielle, la machine à vapeur, qui a été essentielle au développement du chemin de fer et des trains modernes.

En 1803, un homme du nom de Samuel Homfray a décidé de financer le développement d'un véhicule à vapeur pour remplacer les charrettes tirées par des chevaux dans les tramways. Richard Trevithick a 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 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 George Stephenson devint ingénieur charbonnier pour la Stockton and Darlington Railway Line. 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 Locomotion. Alors que Stephenson est reconnu 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 la première personne à breveter une locomotive routière pour passagers. En septembre 1825, en utilisant les locomotives de Stephenson, la Stockton & Darlington Railroad Company lança le premier chemin de fer à transporter des marchandises et des passagers voyageant selon des horaires réguliers. Ces nouveaux trains pourraient tirer six wagons chargés de charbon et 21 voitures particulières d'une capacité de 450 passagers sur neuf miles 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 organisé en 1829 par les chemins de fer de Liverpool et de Manchester afin de choisir la meilleure conception pour alimenter leurs nouvelles locomotives. le 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 machines à vapeur seraient construites 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 ferroviaire en Amérique du Nord en 1815, mais d'autres ont commencé à recevoir des subventions et les travaux ont commencé peu de temps après sur les premiers chemins de fer opérationnels. En 1930, Peter Cooper a conçu et construit la première locomotive à vapeur de construction américaine, la le petit Poucet, à exploiter sur un chemin de fer à transporteur public.

Une autre innovation majeure du train au 19e siècle n'avait rien à voir avec la propulsion ou l'alimentation électrique. Il s'agissait plutôt du confort des passagers. George Pullman a inventé la voiture-lits Pullman en 1857. Bien que les voitures-lits soient utilisées sur les chemins de fer américains depuis les années 1830, la voiture Pullman a été conçue spécifiquement pour les voyages de nuit avec passagers et a été considérée comme une nette amélioration par rapport à ses prédécesseurs..

Les inconvénients de Steam Power

Si les locomotives à vapeur ont eu un impact indéniable sur le transport et l'expansion économique au cours du 19^e siècle, la technologie n'était pas sans inconvénients. L'une des plus problématiques était la fumée résultant de la combustion de charbon et d'autres sources de combustible.

Alors que les sous-produits nocifs étaient tolérables en pleine campagne, même très tôt, les risques créés par l'échappement de carburant sont devenus d'autant plus évidents que les chemins de fer ont empiété sur des zones plus peuplées, ce qui a nécessité 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 est coincé sous le sol. Les trains propulsés par 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 la Royal Scottish Society of Arts Exhibition en 1841. Il pesait sept tonnes, avait deux moteurs à réluctance à entraînement direct qui utilisaient des électro-aimants fixes agissant sur des barres de fer attachées à des cylindres en bois sur chaque essieu. Bien qu'il ait été testé sur le chemin de fer d'Edimbourg et de Glasgow en septembre 1841, la puissance limitée de ses batteries a sabordé le projet. le Galvani a ensuite été détruite par des cheminots qui considéraient la technologie alternative comme une menace potentielle pour leurs moyens de subsistance.

L'idée originale de Werner von Siemens, le premier train de voyageurs électrique, composé d'une locomotive et de trois voitures, a fait sa première course en 1879 à Berlin. Le train avait une vitesse maximale d'un peu plus de huit milles à l'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 a été 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 tram qui a lancé le service près de Vienne, en Autriche, la même année était 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 déjà travaillé pour Thomas Edison) ont pris la voie 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 la City and South London Railway en 1890. Cinq ans plus tard, Sprague a mis au point un système de contrôle de la traction (MU) à trains multiples qui change la donne. Chaque voiture était équipée d'un moteur de traction et de relais commandés par moteur. 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 est rapidement devenue l'alimentation de choix pour les métros..

En 1895, un tronçon de quatre milles de la ligne de ceinture de Baltimore du Baltimore and Ohio Railroad (B&O) qui se connectait à New York est devenu la première ligne ferroviaire américaine principale à être électrifiée. Les locomotives à vapeur se sont arrêtées à l'extrémité sud de la ligne électrifiée, puis ont été couplées à des trains électriques et traversées par les tunnels qui entouraient Baltimore.

La ville de New York a été l'une des premières à interdire les machines à vapeur de leurs tunnels ferroviaires. À la suite d'une collision dans un tunnel sur l'avenue Park en 1902, l'utilisation de locomotives fumigènes 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 montagnes 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 de l'infrastructure des trains à moteur électrique a ralenti. Finalement, cependant, l'énergie diesel et électrique seraient combinées pour créer plusieurs générations d'électro-diesel et d'hybrides qui utilisent le meilleur des deux technologies et deviendraient la norme pour de nombreuses lignes de chemin de fer.

Technologies de train avancées

Dans les années 60 et au début des années 70, la possibilité de construire des trains de voyageurs pouvant voyager beaucoup plus rapidement que les trains conventionnels suscitait un intérêt considérable. À partir des années 1970, intérêt pour une technologie alternative à grande vitesse centrée sur la lévitation magnétique, ou maglev, dans laquelle les voitures roulent sur un coussin d'air créé par la réaction électromagnétique entre un appareil embarqué et un autre intégré dans son rail de guidage.

Le premier train à grande vitesse a circulé entre Tokyo et Osaka au Japon et a ouvert ses portes en 1964. Depuis, 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 de progrès dans ces machines sont en cours de développement, y compris le train de tubes Hyperloop, qui devrait atteindre des vitesses proches de 700 miles par heure, qui a achevé son premier essai de prototype réussi en 2017.