Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

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Patlantic
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » lun. 18 mars 2019, 13:14

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Merci beaucoup Alain ! :D


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Sommaire de ce fil


Sujets de la page 28 :
- 1895 – Le relevage de l’accident de la gare Montparnasse
- 1884 – L’ingénieur Ricour propose et teste des innovations à la pointe du progrès.

Sujets de la page 27 :
- 1900 – Exposition Universelle de Paris : Succès et échec des constructeurs américains de locomotives
- Le chemin de fer à l’Exposition Universelle de 1900 et aux expositions suivantes
- Etats-Unis, 1862 – La plus célèbre poursuite sur rails

Sujets de la page 26 :
- Epoque 1, les Nécropolitains (suite et fin)
- 1892, Chicago – L’Illinois Central RR innove en créant des voitures à portes latérales
- Trois projets d’Anatole Mallet non réalisés

Liste des sujets des pages 1 à 25 :
Voir ici :
viewtopic.php?f=5&t=77417&start=375

.
Modifié en dernier par Patlantic le mar. 19 mars 2019, 09:43, modifié 2 fois.
Pat l'antique

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Jielcé76 » lun. 18 mars 2019, 21:42

Bonsoir tous,

Merci Patrick pour toutes ces bonnes pages que j' ai lues avec grand intérêt.

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Woessner » mar. 19 mars 2019, 09:59

J'ai lu dans mon quotidien habituel une citation étrange :
"Le 18 mars 1858, les douanes de Mulhouse saisissent une locomotive sur la ligne Strasbourg - Bâle pour cause de transport de marchandises prohibées"
Quelqu'un en saurait-il d'avantage sur cet épisode ?

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » jeu. 21 mars 2019, 01:34

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À partir du 31 mai 1879 sur le site de l’Exposition Industrielle de Berlin les visiteurs pouvaient voyager sur le circuit de 300 mètres d’un curieux petit « chemin de fer sans chevaux ni fumée » installé par la société Siemens & Halske.
Les wagons improvisés étaient tirés par une sorte de caisse sur roues qui avançait toute seule – et est considérée comme la première locomotive électrique.


Image
La Science Populaire, 1880, domaine public

Ainsi que d’autres appareils électriques exposés par ses constructeurs, elle était alimentée en courant par une dynamo entraînée par une machine à vapeur.

Les ingénieurs ont reconnu rapidement des avantages importants du moteur électrique pour la traction ferroviaire. Le véhicule électrique peut recevoir son énergie motrice à distance. Il n’a pas besoin de la produire lui-même dans une lourde chaudière qu’il doit transporter avec tous ses approvisionnements.
Le moteur électrique peut avoir une puissance élevée, si on lui fournit le courant nécessaire. Il peut transmettre son mouvement sans pièces en mouvement alternatif (pistons, bielles) et sans contrepoids, donc sans mouvements de lacet ni martèlement de la voie…

Dans les années 1880 des tramways électriques circulent déjà.
Peu après, des ingénieurs réalisent que la traction électrique est prometteuse de performances phénoménales qui méritent qu’on l’applique aux grandes lignes de chemin de fer.

Alors, présentés chronologiquement, voici trois épisodes étonnants entre la fin du 19ème siècle et le tout début du 20ème, mélant réalisme technique et fiction à la Jules Verne.





Traction électrique et grande vitesse
1er épisode :

1891 - Le projet Zipernowsky pour Vienne-Budapest à 250 km/h



Le Hongrois Károly Zipernowsky (1853-1942) a étudié la nouvelle science de l’électricité à l’Université Technique de Buda (-Pest). En 1878, à l’âge de 25 ans il est engagé par la société Ganz comme responsable de l’organisation du département électrotechnique et il joue rapidement un rôle de premier plan dans cette entreprise.
Dans les années 1880 il développe des dynamos et des transformateurs. Il conçoit et réalise des centrales de production et réseaux de distribution de courant alternatif pour des villes entières (Lucerne, Rome…)

Image
Kàroly Zipernowsky – Wikimedia Commons, domaine public

Le 12 septembre 1891, il présente en session plénière du Congrès d’Électrotechnique de Francfort un projet détaillé et chiffré pour une liaison ferroviaire entre Vienne et Budapest à la vitesse maximum de 250 km/h.
On imagine que l’auditoire a dû retenir son souffle…

Le mémoire original de Zipernowsky, paru en allemand dans Die Elektrotechnische Zeitschrift des 2 et 9 octobre 1891 n’est pas directement accessible sur Internet, mais je me base principalement sur
- la traduction complète du mémoire en anglais, telle qu’elle a été publiée aux Etats-Unis sans illustrations dans The Electrical World du 10 octobre 1891 (1).
- un condensé de ce texte publié et commenté en allemand en décembre 1892 avec une discussion dans le Journal de la Société des Ingénieurs et Architectes d’Autriche-Hongrie. (2)
Les sources exactes (avec liens directs Internet) sont à la fin de ce post et concernent également des résumés succincts en français parus à la même époque dans un livre (3) et des revues (4) et (5).



Voici ce que Zipernowski définit en 1891.

La liaison ultra-rapide entre les deux grandes villes de l’Empire Austro-Hongrois se fait sur une ligne électrifiée spéciale, sans contact avec la ligne de chemin de fer existante, mais arrivant dans les gares de Pest et de Vienne.
La longueur de la ligne est d’environ 240 kilomètres. La liaison est directe, sans jonctions, sans arrêt intermédiaire, donc à grande vitesse sur tout le trajet. La vitesse de pointe sur terrain horizontal est de 250 km/h. Au lieu de 5 heures pour les trains actuels, le voyage ne durera qu’environ une heure et un quart, la vitesse moyenne étant estimée à 200 km/h.

Le tracé est pratiquement rectiligne. Le rayon minimum des courbes est de 3.000 mètres mais pour diminuer le nombre d’ouvrages d’art à construire, les nombreuses rampes nécessitées par le relief de la région traversée sont admises jusqu’à 10/1000 (un pour cent) puisque la vitesse acquise et la puissance installée permettront de les franchir à environ 200 km/h (à part les chiffres, on retrouvera un peu ce principe pour le TGV…)
Pour rouler à 200 km/h dans les courbes de 3000 mètres de rayon, le rail extérieur sera surélevé de 148 mm. Pour les courbes à prendre à 250 km/h il faut calculer un rayon plus grand afin que la différence de hauteur des rails ne dépasse pas 180 mm.


La voie est à écartement normal. Les rails Vignole de 180 mm de haut et à patin large pèsent 50 kg au mètre pour avoir la rigidité nécessaire, toute déformation à cette vitesse entraînant des catastrophes fatales.
Les rails sont fixés à des traverses en acier moulé espacées de un mètre, ancrées profondément dans un socle continu en béton, de manière à ce qu’entre les traverses les rails s’appuient sur ce socle. Cette construction est onéreuse mais elle assure une grande sécurité même dans le cas de bris de rails.

La voie est double. L’espace entre les deux voies est de 10 mètres pour éviter les remous gênants lors des croisements à grande vitesse.


Le courant électrique sera produit par deux usines génératrices dans les villes de Banhid et Zundorf, situées respectivement à 60 kilomètres de Budapest et de Vienne. Elles fourniront du courant alternatif primaire de 10.000 Volt transmis par des conducteurs aériens à des sous-stations de transformation réparties le long de la ligne et servant également à la signalisation. Celles-ci alimenteront la ligne en courant à plus basse tension, ne dépassant pas 1.000 Volt. L’intensité à transmettre devra être de 260 à 600 Ampères, ce qui nécessite des surfaces de contact importantes.
Seulement après avoir testé les moteurs le choix sera fait entre courant alternatif et courant continu.

Le courant est transmis aux véhicules par deux rails de courant surélevés, placés entre les rails de roulement et fixés aux traverses métalliques sur des supports isolants en porcelaine. Ces rails surélevés (le texte ne dit pas à quelle hauteur) ont en même temps la fonction de guide de sécurité, en cas de déraillement. Le bas de la caisse de l’automotrice se trouve 10 cm plus haut que les rails de contact.


Image
Schéma approximatif de la voie (interprétation personnelle d’après le texte)

Pour cette liaison entre deux capitales, Zypernowsky choisit le même principe que les tramways.
La circulation ne s’effectuera pas par de longs trains, mais par des automotrices indépendantes (à l’époque on disait « voitures électriques ») circulant à intervalles rapprochés aux heures d’affluence et plus longs aux heures creuses. Les raisons sont d’ordre technique : des véhicules légers nécessitent une puissance moins élevée et leur grand nombre en circulation en même temps équilibrera la consommation en courant sur toute la longueur de la ligne.

Zipernowsky écrit :
« Avec des intervalles de 10 à 60 minutes entre chaque automotrice de 40 personnes, on transporterait jusqu’à 200 personnes par heure… »
Les automotrices circulent isolément. L’intervalle minimum entre deux automotrices doit être supérieur à la distance de freinage et la signalisation doit être adaptée à la vitesse. Elles sont équipées d’un attelage utilisé uniquement pour être remorquées en cas de détresse.

Les postes de signalisation sont placés tous les deux kilomètres et chacun doit être capable de transmettre les signaux aux deux postes voisins et de couper ou diminuer automatiquement le courant sur son canton pour les cas d’urgence, par exemple en détectant le rattrapage d’une automotrice par une autre.
La signalisation est visible de loin et lumineuse la nuit :
- un rectangle = vitesse 100 km/h
- deux rectangles = vitesse 50 km/h
- trois rectangles = stop
- aucun rectangle = vitesse maximum.
(Le texte ne dit pas clairement s’il y a du personnel dans ces stations tous les deux kilomètres)



Les automotrices

Les dessins les plus complets du type d’automotrice prévue (et construite comme modèle chez Ganz) se trouvent dans le livre La traction électrique sur voie ferrée, A. Blondel et F. Paul-Dubois, 1898 (3).
Ils ne sont pas très bien scannés et sont incompréhensibles si on ne connaît pas le texte, alors voici une description pas à pas.

L’automotrice a une longueur de 45 mètres et pèse 60 tonnes.
Elle comporte un espace voyageurs avec des sièges pour 40 personnes, deux WC et un compartiment pour la poste, mais pas de compartiment fourgon. Elle a deux bogies de deux essieux moteurs ainsi que deux postes de conduite aux extrémités, car elle ne sera pas tournée en fin de parcours.

Image
Aspect général de l’automotrice - Bricolage personnel sur la base des vues à coupes partielles qui accompagnaient le projet.
Sortir l’image !

La voie est normale, mais le gabarit de l’automotrice est restreint, pour diminuer la pénétration dans l’air.
- Hauteur de la caisse proprement dite : 2,20 m.
(On peut estimer que le sommet du lanterneau est à environ 2,80 m au dessus des rails, car les roues ont un diamètre de 2,5 m).
- Largeur : 2,15 m.
Seuls dépassent les renflements tronconiques latéraux visibles sur les dessins au niveau des roues. Ils permettent le débattement des boîtes d’essieux des bogies.
Le couloir central de l’espace voyageurs sépare des siéges uniques. Les voyageurs n’emportent que des bagages à main.

Image
Bricolage personnel sur la base des vues à coupes partielles qui accompagnaient le projet.
En vert : Les rails de courant et les roues de contact. Ces éléments sont faciles à repérer sur les dessins suivants laissés en noir et blanc.



Les fenêtres ont des vitres doubles et ne sont pas mobiles, l’aération s’effectuant par le lanterneau.
(Remarquer la recherche d’aérodynamisme et le design intéressant des extrémités – nous sommes seulement en 1891 !)



(La suite est dans le post suivant)
Fichiers joints
01.jpg
01.jpg (57.02 Kio) Vu 1369 fois
02 .jpg
02 .jpg (7.35 Kio) Vu 1369 fois
03.jpg
03.jpg (31.71 Kio) Vu 1369 fois
04.jpg
05.jpg
Modifié en dernier par Patlantic le jeu. 21 mars 2019, 02:12, modifié 3 fois.
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » jeu. 21 mars 2019, 02:01

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Traction électrique et grande vitesse

1891 - Le projet Zipernowsky pour Vienne-Budapest à 250 km/h
(suite et fin)




Les bogies sont à châssis extérieur. Les boîtes d’essieux sont extérieures et sont suffisamment dimensionnées pour supporter la vitesse de 600 tours/min. L’entraxe d’un bogie est de 5 mètres. L’écart entre les centres de bogies est de 30 mètres.
Les bogies n’ont pas de pivot central. La caisse appuie sur le bogie par 16 paires de ressorts en spirale maintenus dans des boîtes télescopiques. Ces boîtes ont la fonction de patins et sont guidées sur des surfaces horizontales en arc de cercle sur châssis du bogie.
Dans une courbe de rayon seulement 1.000 mètres, le débattement latéral extrême est de 6 mm – 16mm selon (3).

Les roues ont un diamètre de 2,5 mètres.
Par sécurité elles ont deux bourrelets de 50 mm de haut, un pour chaque côté du rail. Calculée pour résister à la vitesse prévue et capable de supporter la charge de 7,5 tonnes, chaque roue est constituée de deux flasques reliées à un bandage en forme de gorge.
L’écartement des rails doit rester toujours précis car la gorge de chaque roue – ou écartement entre les bourrelets – n’a que 5 mm de jeu de chaque côté du rail.

(Avec ces roues à double bourrelet, Zipernowsky ne dit pas à quoi ressemblent les aiguillages des terminus qui sont nécessaires pour faire passer l’automotrice sur l’autre voie pour le retour. Il est clair que les bogies doivent pouvoir pivoter suffisamment pour prendre des courbes de rayon beaucoup plus faible que 1.000 mètres afin de limiter la longueur à donner à ces aiguillages. Ou alors, il faut créer des transbordeurs transversaux correspondant aux automotrices – ou toute autre invention à la Jules Verne…)

Image
La traction électrique sur voies ferrées, A. Blondel et F. Paul-Dubois, 1898, domaine public.
Version scannée de archive.org.



À l’aide des formules en usage à l’époque, Zipernowsky estime que la puissance nécessaire pour vaincre la résistance de l’air sur la surface frontale aux vitesses requises ne dépassera pas 250 chevaux sur plat mais s’élèvera à 450 chevaux en rampe de 10/1000 pour un véhicule de 60 tonnes. Estimant à 100 chevaux la puissance supplémentaire pour vaincre les frottements, la résistance de l’air sur les surfaces latérales, dans les courbes etc. il donne à l’automotrice une puissance totale de 800 chevaux qu’il considère comme largement suffisante.

Sur chacun des quatre essieux est monté un moteur de 200 chevaux dont les inducteurs sont fixés directement au châssis du bogie.
Pour la prise de courant, chaque bogie comporte deux roues de contact également à gorge, qui sont montées isolées sur un essieu et appuyées par ressorts sur les rails de courant surélevés. Dans le bogie, des frotteurs en cuivre captent le courant sur la toile de ces roues de contact.
L’aération des moteurs se fait par le lanterneau.

Image
De gaucheà droite : Vue de l’avant, coupe d’un essieu nu, coupe montrant un essieu monté et coupe par les roues de contact. – La traction électrique sur voies Ferrées, A. Blondel et F. Paul-Dubois, 1898, domaine public.
Version scannée de la Bibliothèque universitaire de Lille (IRIS).
Remarquer les dimensions généreuses des boîtes d’essieu moteur, ainsi que les ressorts télescopiques appuyant les roues de contact sur les rails de courant.



Une passerelle au dessus des essieux permet de contrôler les organes du bogie (probablement en rampant, d’après les coupes transversales, car la caisse de l’automotrice a une hauteur de seulement 2,20 m. … !)

(À part la suspension de la caisse sur les bogies, Zipernowsky n’évoque aucune suspension pour les essieux. Heureusement, en agrandissant le dessin ci-dessous, on entrevoit de petits ressorts en spirale près des boîtes d’essieu, car on imaginerait difficilement de rouler à 250 km/h avec le poids d’un bogie moteur complet comme masse non suspendue.)


Image
Le génie Civil, 18 février 1893, domaine public

Au niveau des bogies et des extrémités, l’ossature de la caisse est constituée par quatre grandes poutres longitudinales. La partie centrale de l’automotrice a une structure de pont métallique avec profilés entrecroisés et des montants verticaux espacés de 1,50 mètre.
Zipernowsky ne dit pas quels matériaux sont utilisés pour la carrosserie.


Le freinage est assuré de plusieurs manières.
- Quand on coupe le courant à grande vitesse, c’est d’abord la résistance de l’air qui provoque un ralentissement, mais son effet décroît en même temps que la vitesse.
- Un effet supplémentaire est obtenu en connectant les moteurs à des résistances, pour les faire agir comme des générateurs.
- Quand la vitesse a diminué de moitié, les moteurs qui étaient en parallèle peuvent être connectés deux en série et deux en parallèle.
- Quand la vitesse n*est plus que d’un quart, on peut les connecter tous en série.
- En plus, les automotrices sont équipées du frein à air Westinghouse.

Un gros tampon central à air est placé aux deux extrémités pour amortir des chocs éventuels.

L’éclairage intérieur de la voiture est bien sûr électrique. Le phare électrique placé à l’avant et à l’arrière doit être suffisamment puissant pour éclairer à deux kilomètres.




Commentaires de la Société des Ingénieurs et Architectes autrichiens


Au cours de la séance du 12 novembre 1892, l’ingénieur Principal Hugo Koestler présente et commente le projet. Le compte rendu de son exposé est accessible dans le numéro du 9 décembre 1892 de la revue de la Société (2).
Auparavant, Koestler s’est fait donner tous les documents et plans par Zipernowsky et s’est entretenu avec lui.
Après avoir quasiment répété le texte original du projet et confirmé la très haute qualité de cette étude, Koestler fait entre autre les remarques suivantes.

- Zipernowsky a fait une étude complète du projet, mais n’a jamais demandé de concession pour la ligne. Les rumeurs selon lesquelles celle-ci lui aurait été refusée sont sans fondement !

- Zipernowsky estime que les frais de construction de la ligne seront 2,5 fois plus élevés que pour une ligne classique. Or un calcul rapide montre que pour amortir ces frais, le nombre de voyageurs utilisant cette nouvelle ligne devrait être beaucoup supérieur au chiffre actuel de 200.000 personnes par an faisant le trajet par les lignes existantes, donc la rentabilité n’est en aucun cas assurée.

- Le fonctionnement sans trépidations d’un moteur électrique permet de supposer qu’on roulera en sécurité jusqu’à 150 km/h, puisque les trains à vapeur les plus rapides aux Etats-Unis et en Angleterre atteignent déjà la vitesse de 126 km/h. Par contre on n’a pas encore l’expérience de vitesses supérieures. Il s’impose de faire des essais – et d’étudier les chances de succès commercial d’une vitesse mois élevée que celle du projet.
Une ligne à 136 km/h entre Anvers et Bruxelles est projetée. Il sera intéressant de profiter de l’expérience acquise pour proposer une vitesse supérieure.

Un certain nombre de simplifications sont possibles et réduiraient les frais de construction, car Zipernowsky a un peu péché par excès de prudence :
- Au lieu du rayon minimum de 3.000 mètres pour les courbes, on peut choisir un rayon de 1.000 mètres (ce qui diminuerait les frais de construction), et ceci sans rehaussement extrême du rail extérieur.
- L’écart de 10 mètres entre les deux voies est également exagéré, ce qui renchérit inutilement l’achat de terrain et les ouvrages d’art. Six mètres serait bien suffisants.
- Il n’est pas nécessaire de placer la voie sur un socle en béton sur toute la longueur de la ligne.
- Il serait souhaitable de réduire le poids des automotrices et augmenter leur capacité.

(Au niveau du confort, le gabarit restreint et le module de 1,5 m pour la longueur des « compartiments » n’a rien d’élitaire, ni même d’attirant par rapport au matériel roulant des grands rapides de l’époque, mais ce point n’est même pas évoqué dans ce commentaire.)

Koestler est convaincu que, d’une manière générale, le chemin de fer électrique a un grand avenir.
Par rapport aux locomotives à vapeur, la traction électrique est moins agressive pour la voie, ce qui diminue les frais d’entretien. Il serait bon que les compagnies de chemin de fer utilisent davantage ce mode de traction, même si ce n’est pas à grande vitesse.



Èpilogue


Au début de l’année 1894, Zipernowsky publie une modification de son projet dans Die Elektrotechnische Zeitschrift, qui est résumée en quelques lignes dans The Electrical World.
Zipernowsky reste convaincu que des vitesses de 200 à 250 km/h sont possible, mais il se limite maintenant à une vitesse de 120 km/h sur une ligne à voie unique. Avec une seule possibilité de croisement, on peut y faire circuler toutes les heures et demie un train dans chaque direction. Avec trois possibilités de croisement, on double le nombre de chaque train. Avec quatre trains roulant continuellement, il faudra fournir une puissance de 1.000 chevaux .Le courant sera transmis à 10.000 Volt et 50 stations le transformeront en courant de traction de 500 Volt. (7)

Il est dommage que l’article en allemand ne soit pas directement accessible, car les détails sont sûrement intéressants. Même pour l’Autriche, la vitesse de 120 km/h n’a plus le caractère exceptionnel du projet d’origine. La même année, le premier exemplaire des nouvelles 220 autrichiennes de la série 6 roule aux essais entre 126 et 130 km/h sans dommage pour la voie légère autrichienne, malgré la dissymétrie de son moteur compound à deux cylindres.
viewtopic.php?f=5&t=53648&start=14

Il est donc possible que Zipernowsky renonce à sa voie spéciale à quatre rails montés sur traverses en acier noyées dans un socle en béton sur toute la longueur de la ligne. Cela et le nouveau choix d’une voie unique diminuerait très fortement le coût prohibitif de la réalisation.
Le rayon minimum des courbes n’a plus besoin d’être exceptionnellement élevé. Peut-être même que la construction d’une ligne spéciale au tracé tout droit n’est plus nécessaire et qu’il suffit d’électrifier avec caténaire la liaison existant déjà entre les deux villes ?
Le communiqué en anglais n’évoque plus de voitures électriques ou d’automotrices, mais des trains. Est-ce également la fin des automotrices de 45 mètres de long ?

En tout cas, cet intéressant projet ne sera pas réalisé.



FIN de cet épisode


:D




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Il semble qu’au cours des décennies le projet de Zipernowsky soit devenu une sorte de mythe brouillardeux, à en juger par les informations qui courent sur Internet, telles ce dessin ridicule qui prétend montrer le projet initial, mais représente une courte motrice remorquant des voitures à bogies, et nantie d’ailerons bas au lieu des renflements tronconiques latéraux pour le débattement des boîtes d’essieux :

Image
Œuvre anonyme de quelqu’un qui s'est mal informé sur le sujet.
(vue sur Internet sans indication d’auteur).




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Sources :

(1) The Electrical World, 10 octobre 1891, domaine public
Traduction intégrale de l’exposé de Zypernowsky en anglais, sans illustrations :
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=277

(2) Zeitschrift des Oesterr. Ingenieur- und Architekten-Vereines, 9 décembre 1892, domaine public
Version commentée par H. Koestler, en allemand :
https://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdo ... _49_52.pdf
(Aller à la page 650)

(3) La traction électrique sur voies ferrées, tome second, A. Blondel et F. Paul-Dubois, 1898, domaine public
Version courte en français, avec le plus d’illustrations :
https://archive.org/details/latractionl ... g/page/n14
http://iris.univ-lille1.fr/handle/1908/3846

(4) Le génie Civil, 18 février 1893, domaine public
Résumé en français.
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6473584f/f4.item

(5) Bibliothèque Universelle et Revue Suisse, tome 52, 1891, domaine public
Résumé très bref en français, sans illustration
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... f415.image

(6) Recent Progress in electric railways, Carl Hering, 1892
Traduction intégrale de l’exposé de Zipernowsky en anglais, sans illustrations.
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=261

(7) The Electrical World, 14 avril 1894
Simplification du projet Zipernowsky
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... 8;size=200



À suivre dans quelques jours avec un épisode de 1892 dans la même série

.
Fichiers joints
06.jpg
07.jpg
08.JPG
09.jpg
09.jpg (62.7 Kio) Vu 1368 fois
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » mer. 27 mars 2019, 01:16

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Traction électrique et grande vitesse
2ème épisode

1892 – Le projet Adams pour Chicago - St. Louis à 160 km/h




Le Dr. Arthur Wellington Adams


Étonnant personnage, ce Dr. Adams !
Il sera connu sous l’appellation « Wellington Adams », éclipsant son premier prénom.
Sur la page de titre de son livre de 1891 Electricité – ses applications en médecine et en chirurgie, il se décrit lui-même ainsi :
À l’origine : professeur en oto-rhino laryngologie à l’Université de Denver et rédacteur en chef de la Revue Médicale des Montagnes Rocheuses
Auteur de :
- Qui a découvert le téléphone ?
- Développement et fabrication de machines dynamo-électriques et électro-dynamiques
- Evolution du chemin de fer électrique

Enseignant en électrothérapie au collège médical de l’Université de Kansas City (1)

Image
A. W. Adams - Street Railway Review, janvier 1893, domaine public

Il s’intéresse à l’électrification et fonde la société Adams Electric Railway Company.
En 1884 il dépose deux brevets de moteurs électriques pour usage ferroviaire. (2), (3) :

Toujours en 1884, il expose un chemin de fer électrique miniature à l’Exposition technique et agricole de St. Louis, Missouri :

Image
Détail d’une carte portant le texte « Démonstration à l’Exposition de Saint Louis, 1884 – Avec les compliments de Wellington Adams » - Source : un forum étasunien où la photo de ce modèle réduit était interprétée comme montrant un jouet !
À droite : extrait du brevet US 300.828 de 1884


Il dépose d’autres brevets, dont un en 1890 pour un trolley à grande surface de contact pour chemins de fer électrique. (4)




De Chicago à St. Louis en « express électrique »


Début 1892, une société dénommée Chicago & Saint Louis Electric Railway Company publie un dépliant présentant un projet de chemin de fer rapide effectuant le parcours entre Chicago et Saint Louis en ligne droite à la vitesse moyenne de 160 km/h, soit en seulement deux heures et demie pour les 399 kilomètres (248 miles). Cela suppose des vitesses de pointe supérieures, par exemple 180 km/h ou plus selon les sources.
Le projet est soutenu entre autre par le Gouverneur de l’Illinois, un représentant du Congrès et le directeur de la Banque du Commerce.
Un des dirigeants est le Dr. Wellington Adams. Il met ses brevets à disposition de la compagnie.
Les différents aspects du projet sont présentés. L’entreprise se montre dynamique. L’Exposition Universelle de Chicago ayant lieu l’année suivante, un planning serré sera tenu pour profiter au moins en partie de l’afflux de voyageurs.
La dernière page comporte des calculs d’amortissement et de rentabilité. On l’aura compris : la compagnie est déjà soutenue par des financiers de Saint Louis mais elle cherche encore des investisseurs.
Des articles non illustrés sont publiés sur la base de ce dépliant. (5), (6). (7)

Image
Dépliant de la Chicago & Saint Louis Electric Railway Company vu sur un site de vente – Montage personnel




Les détails du projet


Le 11 juin 1892 la revue The Electrical World publie le texte d’un exposé prononcé par Adams devant le Club d’Electricité de New York accompagné des illustrations de son dépliant. (8)

Adams rappelle que depuis 1884 il prône l’utilisation de l’électricité pour le chemin de fer sur de longues distances et à grande vitesse. Entre temps, de grands progrès ont été accomplis dans le domaine de la transmission de puissance basée sur l’énergie électrique. Au cours de son voyage en Europe pendant l’été 1891, des échanges de vue avec les meilleurs spécialistes (Zipernowsky, peut-être ?) l’ont conforté dans son idée de chemin de fer électrique à grande vitesse.

De retour aux Etats-Unis il a constaté que le terrain quasiment plat entre Chicago et Saint Louis conviendrait parfaitement à l’établissement d’une liaison directe en ligne droite passant entre les lignes sinueuses du Chicago & Alton Railroad et du Wabash Railroad qui relient les deux villes.
Actuellement 1200 personnes par jour font le voyage. L’Exposition Universelle de Chicago qui aura lieu en 1893 constitue une opportunité intéressante pour commencer avec succès le transport de voyageurs.

Le tracé prévu est véritablement rectiligne, orienté Nord/Nord-Est. Il n’y aura ni aiguillages ni passages à niveau, seulement des passages inférieurs ou supérieurs.
La distance en ligne droite est de 399 kilomètres. Les ingénieurs ayant fait les repérages n’ont pas constaté de difficultés particulières. L’inclinaison maximum de 20/1000 ne portera que sur de faibles distances à proximité de Saint Louis ou pour certains passages supérieurs.

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La voie et le tracé de la ligne (en réalité orientée Nord/Nord-Est) – The Electrical World, 11 juin 1892, domaine public

L’écartement choisi est de 1,435 m. La voie sera double, avec des rails de 32 kg au mètre. Une grande importance est attachée au drainage. Le courant sera distribué par caténaires placées relativement bas et soutenues par des poteaux placés dans l’entrevoie.
La ligne de 398 km de longueur sera divisée en 26 cantons de 16 kilomètres (10 miles) de long. La voie sera en grande partie protégée des deux côtés par des barrières coûtant 165 $ le mile courant.

La production d’électricité sera assurée par une centrale thermique qui sera placée près d’une mine de charbon et une autre près d’une centrale hydraulique déjà construite que l’entreprise va acheter. La mine produit 1350 tonnes (métriques) de charbon par jour.
La distribution du courant se fera en système polyphasé. Les deux centrales produiront du courant à la tension de 500 volts. Ce courant sera transformé à la tension de 25.000 Volt pour être distribué vers chacun des 26 cantons où il sera transformé en courant de traction de 3.000 Volts ..

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Schéma de la distribution de l’électricité – The Electrical World, 11 juin 1892, domaine public

Une partie du courant produit sera livré à la mine pour mécaniser l’extraction du charbon. Le courant pourra également être vendu aux communautés longeant la ligne.


La circulation se fera par automotrices, et non par trains classiques.
Ce choix dans le cas spécifique d’une liaison de longue distance à grande vitesse est identique à celui fait par Zipernowsky un an plus tôt et il correspond à une recommandation de F. J. Sprague, alors président de l’Institut Américain des Ingénieurs Electriciens rapportée dans Engineering Magazine d’août 1892 (9)
Les automotrices, dont une est en construction, seront à deux bogies comportant un essieu moteur à roues de diamètre 1,80 m et un essieu porteur à roues de 0,8 m. L’automotrice a une hauteur sur rails de 2,70 mètres seulement. D’avant en arrière on trouve le poste de conduite, l’espace pour voyageurs et un compartiment pour la poste.

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Automotrice et bogie moteur en vue élévation et vue de dessus - The Electrical World, 11 juin 1892, domaine public


Pour diminuer la résistance de l’air et appuyer l’automotrice sur les rails, l’avant est en pointe dirigée vers le bas, ce qui permettra de rouler en toute sécurité à 160 km/h (100 miles /heure). L’arrière est coupé droit pour éventuellement atteler une remorque adaptée.
Les moteurs sont montés autour des essieux à grandes roues. Chaque moteur pèse 2.800 kg, a une puissance de 200 chevaux et tourne à 500 tours/minute.
Pour éviter que toute imperfection des rails se répercute sur le moteur, une couronne élastique entre la jante et le bandage de la roue permet un débattement vertical d’environ 2,5 cm.
La caténaire étant placée sur le côté et à peine plus haut que le toit de l’automotrice, la prise de courant se fait par le côté à l’aide de deux contacts glissants appuyant le câble sur une roue de contact de 30 cm de diamètre.

Le freinage est électrique et à air comprimé.
Par sécurité, dans chaque direction il ne peut y avoir qu’une seule automotrice par canton.



(Suite dans le prochain post)
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » mer. 27 mars 2019, 01:41

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Traction électrique et grande vitesse

1892 – Le projet Adams pour Chicago - St. Louis à 160 km/h
(Suite et fin)



Le tracé recoupe d’autres lignes de chemin de fer en 20 endroits. Pour éviter tout croisement à niveau, la ligne rapide passera sur un pont abordé par des rampes de 20/1000 sur 300 mètres de long. Chacun de ces passages supérieurs coûtera 10.000 $.
Il n’y a pas de passage à niveau. Chacune des 246 routes recoupant la ligne utilisera un passage supérieur en bois d’un modèle standard et abordé par des rampes de 8/100, pour le prix de seulement 310 $ la pièce grâce à la faible hauteur des automotrices et de la caténaire.

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Passage au-dessus d’une ligne de chemin de fer et sous une route. Le pont routier a une largeur de 4,30 m - The Electrical World, 11 juin 1892, domaine public


Le coût total du projet est estimé à 6.000.000 $, mais Adams pense qu’une grande partie sera déjà remboursée par le transport d’une partie des 30 millions de visiteurs espérés par les organisateurs de l’Exposition Universelle de Chicago, d’autant plus que ce transport à grande vitesse sera une des attractions de l’Exposition.

La ligne sera d’abord construite en voie double pour la liaison rapide, mais il est prévu d’ajouter plus tard deux voies extérieures avec arrêts et embranchements vers plusieurs villes pour le trafic local. ’

(À la lecture de l’article, on est étonné de la sûreté de soi d’Adams qui pense réaliser une telle entreprise en un an, alors que l’achat de terrain est seulement embryonnaire. Les devis qu’il chiffre pour des prestations d’importance secondaire donnent cependant l’impression que tout a été prévu dans les moindres détails…)




Les étapes suivantes


Le 2 juillet 1892, un ingénieur du nom de Hunter fait remarquer clairement qu’en tant qu’ingénieur conseil de Thomson Houston, General Electric et Electric Car Company il a précédemment déposé pour ces sociétés un grand nombre de brevets (il en énumère une vingtaine) qui couvrent pratiquement toutes les dispositions prises par Adams et qu’il faudra rendre justice à ces sociétés. (10)
(Il a en effet fait breveter tous les détails les plus triviaux qu’on puisse imaginer, comme le principe de véhicules ferroviaires électriques à bogies, à portes latérales, ou bien encore les caténaires etc. La jeune industrie électrique n’y va pas de main morte…)


Le 24 septembre 1892, un article de The Electrical World indique sans détails que les décideurs de la compagnie ont maintenant planifié tous les détails et qu’ils ont obtenu l’aide financière nécessaire. Les moteurs de traction définis par Adams sont commandés et la construction de la première automotrice avance.
Le texte est accompagné par cette illustration didactique représentant la ligne dans son développement final et montrant les autres utilisations de l’électricité. (11)

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Le développement final de la ligne. Les automotrices directes roulent sur les deux voies du milieu. Dans le cercle en bas à gauche l’électricité assure l’éclairage public et celui du local commercial ainsi que l’énergie pour les machines des étages supérieurs ! - The Electrical World, 24 septembre 1892, domaine public
Sortir l’image, elle est plus grande !


En décembre 1892 un projet de loi d’encouragement à la construction de grandes lignes de chemin de fer électrifiées a été approuvé par le Congrès. Il définit des facilités d’importation pour tous les éléments nécessaires. En échange la compagnie doit proposer du courant aux entreprises et communautés voisines, ainsi qu’effectuer les transports militaires nécessités par l’Etat en cas de conflit. (12)


Le 7 janvier 1893 The Electrical World informe que les travaux progressent autant que le permet le temps. À Edinburg, à 80 miles de St.Louis, la centrale électrique est construite et 34 km de voie sont posés. La centrale sera équipée de chaudières et machines pour 10.000 ch, fournies par Babcock & Wilcox, Stirling, Heine et d’autres grands constructeurs. La Centrale de Fairbury est en construction. Les travaux pour la voie au départ de Chicago commencent cette semaine.
La ville de Bloomington, Illinois, fait un don de 150.000 $ si la compagnie la raccorde à la voie principale par une antenne de 16 km et y installe une centrale électrique.
Tant que seulement la voie double sera construite, le transport de voyageurs aura lieu le jour et celui des marchandises la nuit. (13)




La réalité tue la fiction


Le 11 février 1893 The Electrical World annonce que tous les contrats ont été passés avec les prestataires pour la construction de l’ensemble de la voie, (terrassement, ballast, rails, ponts etc. à l’exception des quelques sections terminées) dans le délai d’une année, pour la somme de 5.500.000 $. Cela oblige la compagnie à émettre un emprunt de 2.750.000 $.
On espère ( !) que tout sera terminé en moins d’un an et les sections terminées seront immédiatement mises en service. (14)
(Ce qui revient à dire que la ligne ne sera probablement pas prête à temps pour l’Exposition Universelle de Chicago)


Le 14 avril 1893, Street Railway Review publie la même information à retardement, en indiquant que le mauvais temps avait retardé les travaux mais qu’ils vont commencer en 10 endroits à la fois. (15)
(Cela correspond donc probablement à l’état des choses en janvier ou février.)


Le 27 mai 1893 la revue Scientific American rappelle sur une page la description illustrée du projet datant de l’année précédente et termine en couperet : « Depuis que ces lignes ont été écrites, il y a peut-être eu une modification des objectifs de la compagnie, car on ne constate plus aucun progrès dans les travaux… » (16)
(L’Exposition Universelle de Chicago est ouverte depuis quatre semaines !)


En mai 1893 la revue Engineering Magazine publie un article au vitriol disant qu’il est impossible de prendre ce projet au sérieux. Ses organisateurs ont beau prétendre que l’entreprise est fondée sur tout ce qui a déjà été réalisé, la valeur de ses actions est plutôt basée sur les possibilités futures de l’électricité – et probablement sur la crédulité humaine. Le projet comporte des absurdités flagrantes, mais « tout marche » dès qu on ajoute le label « Électricité ». Personne ne trouve anormal de proposer des actions promettant un dividende annuel de 29%, correspondant à 60 % de leur valeur nominale. (17)


Le 17 juin 1893 The Electrical World publie un article détaillé qu’on peut résumer ainsi :
L’ensemble de l’équipement électrique d’après les spécifications de la compagnie a été commandé auprès de General Electric.
Il y aura en tout quatre centrales. Le courant sera distribué sous tension de 20.000 Volts et transformé à 2.000 Volt pour l’utilisation sur la ligne. Les moteurs des automotrices sont du type polyphasé. Ils seront alimentés par caténaire simple, avec retour par le sol…
La fin de l’article pèse lourd :
« L’austérité des marchés financiers a causé des soucis à la société qui est obligée de ralentir le rythme de ses travaux. » (18)



Depuis, dans les revues concernées les informations cessent.

La seule certitude est que ce projet a été abandonné, comme on peut le déduire de livres parus quelques années plus tard. (19), (20)

Le moins qu’on puisse dire est que l’enthousiasme de Wellington Adams l’a poussé à prendre ses espérances pour des réalités, même si son charisme et son talent en marketing lui ont permis de convaincre ses interlocuteurs et investisseurs pendant un certain temps. La dimension de cette ligne était peut-être trop importante pour un projet si novateur.
Cependant, des spécialistes reconnaîtront le bien-fondé de ses choix techniques :
« C’est un exemple d’échec dans la bonne direction » (19)



FIN de cet épisode


:D



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Sources

Tous ces documents sont dans le domaine public.

(1) Electricity – Its application in Medicine and Surgery, A.W. Adams, 1891
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... 1;size=150

(2) Brevet US 300.827, 1884
https://patents.google.com/patent/US300827

(3) Brevet US 300.828, 1884
https://patents.google.com/patent/US300828

(4) Brevet US 442.002, 1890
https://patents.google.com/patent/US442002

(5) The Electrcial World, 20 février 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=135

(6) Engineering Magazine, mars 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=854

(7) Scientific American, 12 mars 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=169

(8) The Electrical World, 11 juin 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=422

(9) Engineering Magazine, août 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=728

(10) The Electrical World, 2 juillet 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... 1up;seq=10

(11) The Electrical World, 24 septembre 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=199

(12) The Electrical World, 24 décembre 1892
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=412

(13) The Electrical World, 7 janvier 1893
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... 1up;seq=14

(14) The Electrical World, 11 février 1893
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=122

(15) Street Railway Review, 14 avril 1893
https://archive.org/details/streetrailw ... r/page/254

(16) Scientific American, 27 mai 1893
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=332

17) Engineering Magazine, mai 1893
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=271

(18) The Electrical World, 17 juin 1893
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=462

(19) Street and electric Railways – Special Reports, 1905,
https://archive.org/details/cu31924004966689/page/n187

(20) La traction électrique sur voies ferrées, tome 2, A. Blondel et F. Paul-Dubois, 1898
http://iris.univ-lille1.fr/handle/1908/3846
(page 3)



À suivre dans quelques jours avec un autre épisode de la même série.

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Labans » mer. 27 mars 2019, 08:05

:shock: :shock: :shock: :applause: :applause:
Je ne la pensais pas si vieille l'idée de la grande vitesse.
MISE à JOUR site RMC 21/09/19

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Jielcé76 » mer. 27 mars 2019, 10:29

Bonjour tous,

Merci Patrick. Toujours aussi captivants et originaux ces projets.

Les moteurs électriques du projet Adams ne sont-ils pas la première application du moteur "gearless" ? Cette technologie à priori ingénieuse et économique ayant montré ses limites avec le prototype acheté trente ans plus tard par le PO à Général Electric.

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » mer. 27 mars 2019, 11:16

.
Merci ! :D
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Traction électrique et grande vitesse
3ème épisode

1901-1903 – Les essais prussiens et le record à 210 km/h





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« L’automotrice Siemens & Halske soulève un nuage de poussière tandis que des pierres du ballast cognent contre son plancher… » - The Romance of modern locomotion, Archibald Williams, 1907, domaine public


Tout le monde a plus ou moins entendu parler des essais et records de vitesse qui ont eu lieu en Allemagne au tout début du 20ème siècle avec des automotrices électriques.

Les publications en français relatives à ces essais présentent quelques lacunes.
Étant nul en électricité, je ne vais pas me lancer dans les détails électrotechniques mais, en plus des sources françaises, je vais donner l’accès à des publications anciennes en allemand et en anglais éclairant des aspects peu ou pas connus tels que :
- l’ensemble des participants et le financement
- le détail des modifications apportées en 1902 et 1903 à la ligne et aux automotrices
- les essais d’aérodynamisme
- des dessins ou photos d’appareillage non publiés en France
- les appareils de mesure et les résultats
- les projets de ligne à grande vitesse Berlin - Hambourg proposés par AEG et Siemens & Halske directement après ces essais.

La documentation rassemblée et exploitée pour ce texte date de 1901 à 1905, à une exception près (Deutsche Bank !).
Les sources sont numérotées, et certaines sont indiquées dans le texte lorsqu’un document donne des informations particulières. La liste des sources avec liens vers les documents en ligne est à la fin du dernier post.





L’objectif, les participants et le financement


Dans les huit années qui suivent les projets avortés de Zipernowsky et d’Adams on entend moins parler de chemin de fer à grande vitesse, car les entreprises électriques d’Europe et des Etats-Unis sont très occupées par l’électrification de lignes de tramways.

Le 10 octobre 1899, après plus d’un an de préparation une Société d’Etude pour les Chemins de fer Electriques à Grande Vitesse (Studiengesellschaft für elektrische Schnellbahnen) est créée à Berlin.
Son objectif est d’étudier de façon générale la possibilité d’utiliser la traction électrique pour voyager plus rapidement sur les grandes lignes. Pour cela il faut déterminer par expérimentation les limites économiques et techniques concernant la transmission d’électricité à distance, la conception des véhicules, l’utilisation de caténaires au lieu de troisième rail, la puissance nécessaire, le freinage et les effets sur la voie pour des vitesses nettement plus élevées que celles pratiquées jusqu’alors. (1), (2)

Les sociétaires sont :
- les entreprises leaders de l’industrie électrique Siemens & Halske, Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (AEG)
- les banques Dellbrück Leo &Co., Deutsche Bank, Nationalbank für Deutschland, Jacob S.H. Stern
- les usines Borsig, Friedrich Krupp, Philipp Holzmann &Co., Van der Zypen & Charlier.
La Deutsche Bank dirige le consortium car elle en finance 20%, suivie par Krupp, AEG et Siemens avec 13 % chacun. Ensuite viennent les autres. (3)

Les sociétaires s’engagent à financer les dépenses à hauteur de 1,5 millions de Marks (de l’époque) et le Land de Prusse participera financièrement.
Le Ministère du Travail et le Ministère de la Guerre apporteront leur aide (matériel, main d’œuvre).
Des ingénieurs compétents de l’Etat, de l’Armée et de l’industrie privée participeront à l’ensemble des activités et celles-ci seront dirigées par von Schulz, Président de l’Administration des chemins de fer de l’Empire. « Une entreprise comparable n’avait encore jamais vu le jour… » (4)
Les noms de plusieurs participants (hauts fonctionnaires, directeurs régionaux des chemins de fer etc.) sont mentionnés dans la Revue de l’Association Autrichienne des Ingénieurs et Architectes. (5)

La Revue de l’Association des Ingénieurs Allemands (ZVDI) prétend que ces activités sont d’ordre purement général, sans rapport avec un projet quelconque. Il est certain que la publication internationale des conclusions techniques de ces essais servira au développement du chemin de fer en général.

(Cependant, il ne faudrait pas croire que les participants qui ont réalisé et financé cette exploration de l’inconnu étaient purement désintéressés.
La preuve : peu après la fin des essais, AEG et Siemens présenteront deux variantes d’un projet de ligne électrifiée à grande vitesse et à caractère exclusif entre Berlin et Hambourg… qui ne sera pas réalisé. (6)
C’est certainement dans cette perspective que le matériel roulant des essais est constitué d’automotrices avec capacité d’environ 50 places et non de locomotives tractant des trains.)





La ligne choisie et son électrification


Il faut bien réaliser qu’en 1899 ou 1900, personne en Europe n’avait d’expérience approfondie concernant les vitesses sur rail supérieures à environ 145 km/h et que les chemins de fer nationaux prussiens donnaient à la sécurité et à l’économie une importance primordiale.

Une portion de 23 kilomètres de la « Ligne Militaire Royale » de Prusse semble idéale car elle est quasiment en ligne droite et présente un profil peu accidenté. Il s’agit de la section d’une voie unique entre Marienfelde (banlieue sud de Berlin) et Zossen, qui est parallèle à l’importante ligne civile Berlin – Dresde. Les quelques rampes sont inférieures à 5/1000 et les courtes « courbes » ont des rayons supérieurs à 2.000 m.
La voie est constituée de rails de 33 kg/mètre.

En 1900, le Ministre de la Guerre autorise l’utilisation de la ligne.

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Plan de la ligne – Engineering Magazine, janvier 1904, domaine public
Photo : Vue en direction de Marienfelde. À gauche de la double voie civile, la voie militaire unique est équipée de la caténaire triphasée. – Dinglers Polytechnisches Journal, 1904, domaine public


Les décideurs pensent que le courant triphasé permettait d’obtenir des moteurs plus aptes aux puissances demandées qu’avec du courant monophasé ou continu.
La société AEG alimente la ligne en courant triphasé de 12.000 Volt et fréquence 40 à 50 depuis sa centrale de Oberschöneweide, située à environ 13 kilomètres de la ligne de chemin de fer.
Ce courant sera transmis tel quel aux automotrices, car les transformateurs nécessaires pour abaisser la tension pour les moteurs de traction sont embarqués.
Les quatre fils de la ligne électrique entre la centrale et le raccordement à la caténaire sont portés par de simples poteaux avec isolateurs en porcelaine. Là où des fils aériens ne pouvaient pas être utilisés, le courant passe par 3 câbles de section 70 mm2 et un câble de 50 mm2

Pendant le premier semestre 1901, la compagnie Siemens & Halske fournit et installe la caténaire le long de la ligne. La caténaire n’est pas placée au-dessus du milieu de la voie, mais sur le côté. Elle est portée par des poteaux espacés de 35 mètres, placés à 2,25 m du milieu de la voie, sur le côté droit en regardant vers Zossen.

La caténaire est constituée de trois fils de cuivre écroui de section 100 mm2, placés l’un au dessus de l’autre aux hauteurs respectives de 5,5 m, 6,5 m et 7,5 m au-dessus du niveau des rails. En haut de chaque poteau, un câble métallique vertical tendu dans un support (à la manière de la corde d’un arc) porte les trois fils par l’intermédiaire d’isolateurs. (7)

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Caténaire triphasée – d’après Dinglers Polytechnisches Journal, 1904, domaine public

Les boucles métalliques horizontales d’environ 50 cm de diamètre montées sur chaque fil de courant entourent sans le toucher un fil vertical relié à la terre. C’est un dispositif de sécurité. Si un fil de la caténaire venait à se rompre, il se détendrait et la boucle métallique viendrait immédiatement au contact du fil de terre. (8), (9)




Les essais préalables sur la résistance de l’air


À cette époque on savait que, quand la vitesse augmente, la résistance de l’air augmente encore plus vite et on se doutait que pour un véhicule qui ne connaît pas les résistances internes d’une locomotive à vapeur (contre-pressions, frottements, pièces en mouvement alternatif etc.), à vitesse très élevée cette augmentation sera probablement bien supérieure à celle des résistances d’autre nature.
Comment évaluer la puissance minimum à donner aux véhicules à construire pour vaincre la résistance de l’air ?
Il n’est pas possible de faire des essais d’aérodynamisme en grandeur nature comme Ricour l’a fait en France en 1885 avec ses « balances à air » et son train à carénage partiel…
http://forum.e-train.fr/viewtopic.php?f ... &start=418
… puisqu’il n’existe pas encore de matériel ferroviaire atteignant les vitesses souhaitées.

Les ingénieurs de Siemens & Halske construisent alors un manège mû électriquement, pouvant être équipé de modèles géométriques symbolisant différentes formes possibles pour les faces avant des automotrices, afin de mesurer la puissance absorbée aux grandes vitesses désirées. La poutre pivotante a une longueur de 6,35 m, le moteur une puissance de 200 ch et les modèles une largeur de 60 cm.
Lire la description en français avec schéma de cet appareil ici :
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6472851s/f2.item

Image
Photo du manège et vue en plan d’un des modèles – ZVDI, 28 septembre 1901, domaine public
Schéma de l’appareil – Le Génie Civil, 10 janvier 1903, domaine public.


Il ressort de ces essais qu’une face avant dont le plan serait parabolique est trois fois plus avantageuse qu’une face plane.
En ajoutant la résistance au roulement évaluée par calcul, la puissance nécessaire pour rouler à 55 m/s (198 km/h) devra être proche de 1.000 ch.
Cette puissance est beaucoup plus faible que celle obtenue par extrapolation d’une formule existante basée sur des vitesses de 100 km/h maximum. Les ingénieurs décident alors de donner aux automotrices d’essai une puissance normale de 1.000 ch et momentanément jusqu’à 3.000 ch pour les démarrages et accélérations. (8), (9)

De toute façon, l’étude et les mesures de la résistance de l’air avec modifications amovibles de la partie frontale des automotrices feront partie du programme d’essais.


(Suite dans le prochain post)
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » jeu. 28 mars 2019, 01:20

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Traction électrique et grande vitesse

1901-1903 – Les essais prussiens et le record à 210 km/h
(2ème partie)




L’Automotrice AEG


Deux automotrices vont être construites par Van der Zypen & Charlier et équipées électriquement, l’une par AEG et l’autre par Siemens & Halske. Elles doivent offrir une cinquantaine de places.
Le cahier de charge impose entre autre de respecter le gabarit prussien, d’essayer d’atteindre 200 à 220 km/h sans échauffement anormal des appareils électriques et d’espacer l’accélération et le freinage d’au moins trois minutes (parcours de 10 kilomètres) pour la mesure de la puissance et d’équiper les automotrices de batteries pour l’éclairage électrique. La charge par essieu ne doit pas dépasser 16 tonnes.
Dans les parutions allemandes, l’automotrice AEG est souvent désignée par Wagen A, celle de Siemens étant Wagen S.

Les automotrices devant emmener leurs transformateurs et tout un équipement électrique, elle sont équipées de bogies à trois essieux comportant chacun deux essieux moteurs et un essieu porteur.

Les ingénieurs de AEG ont réfléchi à plusieurs configurations pour l’emplacement des transformateurs et de l’appareillage. À l’origine ils avaient même envisagé un unique poste de conduite placé au dessus de l’appareillage regroupé au centre, mais ils ont rejeté cette idée afin de donner une meilleure visibilité au conducteur.

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Etudes préliminaires – Zeitschrift für Elektrotechnik (Autriche), 10 novembre 1901, domaine public

L’automotrice finalement construite a été conçue par l’ingénieur O. Lasche, directeur du bureau d’étude de AEG. Elle comporte un poste de conduite à chaque extrémité et l’équipement est placé au centre, laissant un étroit passage entre deux grands compartiments équipés de fauteuils de 1ère classe. Il est probable que, pendant les essais, certains sièges seront temporairement démontés pour faire place aux instruments de mesure spéciaux et cadrans décrits plus loin, dont plusieurs doivent être lus debout.

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Automotrice AEG – Revue générale des Chemins de fer et des Tramways, mars 1902, domaine public
Sortir l’image !

L’automotrice a les dimensions suivantes :
Longueur / largeur / hauteur : 22,3 m / 2,80 m / 4,62 m
Les bogies à trois essieux ont un empattement total de 3,80 m et des roues de 1,25 m de diamètre. La distance entre les pivots de bogies est de 13,30 m

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Automotrice AEG avant l’aménagement de l’intérieur – Zeitschrift für Elektrotechnik (Autriche), 17 novembre 1901, domaine public


Deux groupes de trois archets avec frotteurs sont placés sur le toit. Le conducteur peut les faire pivoter tous ensemble autour de leurs axes verticaux pour les mettre au contact de la caténaire.
Les transformateurs ramènent la tension à 435 Volt et sont refroidis par le passage d’air entrant et sortant par des trompes placées sur le toit, pour éviter la poussière soulevée par l’automotrice aux vitesses élevées.

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L’automotrice AEG en gare de Zossen, avant les modifications de 1903 – Wikipedia, photographe inconnu, probablement 1901, domaine public

Les deux essieux extrêmes de chaque bogie sont entraînés chacun par un moteur d’une puissance de 250 ch, pouvant être poussée jusqu’à 750 ch, soit des puissances totales de 1.000 et 3.000 ch pour l’automotrice.
Chaque moteur est construit autour d’un essieu mais il fait partie des masses suspendues pour la raison suivante. Son rotor est fixé à un arbre creux entourant l’essieu avec un jeu de 60 mm et maintenu par l’enveloppe du moteur. L’enveloppe du moteur est fixée à un cadre suspendu à une traverse intérieure du bogie et appuyant sur les boîtes de l’essieu par des ressorts à faible débattement (et donc placés juste au dessus des propres ressorts de l’essieu). L’arbre creux et l’ensemble du moteur suivent donc d’une manière amortie les mouvements verticaux de l’essieu sans toucher celui-ci. L’arbre creux entraîne l’essieu par deux accouplements élastiques agissant dans les roues.

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En haut : coupe du moteur sur son essieu. – En bas : suspension du cadre portant le moteur superposée à celle de l’essieu
Revue Générale des Chemins de Fer et Tramways, mars 1902, domaine public. (10)
Voir cet article ici :

https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... /f201.item
Comme on le voit sur ce dessin, les ressorts de suspension sont à l’intérieur du profilé formant le longeron du bogie.

Le moteur est alimenté à tension constante et la variation de vitesse est obtenue par rhéostat liquide, (fonctionnant par variation de niveau entre des électrodes), ce qui permet des démarrages très doux. Lire la description de ce rhéostat y compris son système de refroidissement sur cette page du Génie Civil du 17 janvier 1903. (11) :
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k64728526/f2.item
Et voir les dessins dans The Berlin-Zossen electric railway tests, (6) 1905, ici :
https://archive.org/details/berlinzosse ... g/page/n86

Quatre possibilités de freinage sont installées : frein électrique par le rhéostat, frein à air Westinghouse, inversion du courant, frein à main.

Image
Cabine de conduite – The Engineering Magazine, janvier 1904, domaine public
Test des moteurs sur banc d’essai chez Van der Zypen & Charlier - Zeitschrift des Vereins Deutscher Ingenieure (ZVDI), 7 septembre 1901, domaine public


Pour la conduite, l’organe principal est un grand volant qu’on tourne à droite pour démarrer et augmenter la vitesse, à gauche pour ralentir et freiner plus ou moins fort.
Une aiguille indique la position actuelle du volant.
Un ampèremètre indique la charge actuelle des moteurs
Le volant actionne un arbre longitudinal muni de leviers ou cames dont la rotation active les fonctions nécessaires sur le sélecteur de mode (courant, courant inversé) et le rhéostat liquide.
À gauche du volant principal se trouve la manette du frein à air et à droite le volant du frein à main pour les manoeuvres.
(1), (2), (10)

Voir davantage d’images dans ces articles :
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n407
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n449




L’automotrice Siemens & Halske


Conçue par le Professeur Walter Reichel, ingénieur principal de Siemens & Halske, l’automotrice a des dimensions proches de celle de AEG, mais elle s’en distingue extérieurement par trois points qui sautent aux yeux :
- Les six frotteurs ne sont pas montés sur des archets individuels mais sont groupés sur deux mats pivotants de 200 mm de diamètre.
- Sous la ceinture de caisse, les flancs de la voiture débordent en largeur et sont munis d’ouies verticales de refroidissement car ils renferment les résistances servant à faire varier la vitesse.
- La face avant est plus étroite et elle rejoint les côtés par des panneaux en biais et non par des panneaux arrondis.

Image
L’automotrice Siemens & Halske en 1903 (bogies modifiés). Au moment de la photographie, le poteau porte caténaire se trouve juste derrière le mât portant les trois frotteurs. – Wikipédia allemand


Dimensions
Longueur : 23 m
Largeur sous /au-dessus de la ceinture de caisse : 2,94 m / 2,40 m
Hauteur du toit : 4,20 m
Poids total avec voyageurs : 94,5 t

Le compartiment central de 18 places sépare deux compartiments de 12 places. D’après plusieurs textes allemands, l’ensemble de l’automotrice aurait des siéges de troisième classe, donc en bois. Cependant, le dessin montre clairement que le compartiment central est à siéges rembourrés.

Image
Automotrice Siemens & Halske – Dinglers Polytechnisches Journal, 1904, domaine public
Sortir l’image, elle est plus grande.

Comme pour l’automotrice AEG, les bogies à trois essieux ont un empattement total de 3,80 m et des roues de 1,25 m de diamètre. La distance entre les pivots de bogies est de 14,30 m
Il y a deux moteurs par bogie, agissant sur les essieux extrêmes. Contrairement à la solution AEG, chaque moteur est monté directement sur l’essieu, donc non suspendu, mais un système de ressorts l’appuie vers le haut contre l’essieu, équilibrant ainsi son poids.

Le principe d’alimentation et de commande des moteurs est différent de celui de l’automotrice AEG.
Sous la caisse, près de chaque bogie se trouve un transformateur triphasé pouvant alimenter les moteurs à volonté sous deux tensions différentes à l’aide d’une commande plaçant ses enroulements en triangle ou en étoile.
Le conducteur fait varier la vitesse en activant ou désactivant les différentes résistances constituées de lames minces, placées dans les côtés de l’automotrice.
Chaque moteur fournit 250 ch sous 1100 Volt (régime normal) et 750 ch sous 1850 Volt (démarrage).
Tous les commutateurs servant aux fonctions évoquées sont commandés par air comprimé.

Pour le freinage, en plus du ralentissement en ajoutant des résistances, les textes mentionnent le frein à air Westinghouse ainsi que le frein à main sur un des bogies.
Les pompes à air placées sous les cabines de conduite alimentent des réservoirs séparés pour le freinage et pour la commande des commutateurs, interrupteurs etc.

Image
Poste de conduite : à gauche en version de 1901 – ZVDI, 28 septembre 1901, domaine public
À droite : probablement version de 1903 (déplacement du frein à main vers l’avant suite à la modification des bogies) – Engineering Magazine, janvier 1904, domaine public


La cabine de conduite comporte un volant à 29 positions pour activer ou désactiver les résistances (réglage de vitesse) et une planche de bord avec les manettes de commande de l’air comprimé pour marche avant et arrière, configuration en triangle ou en étoile des transformateurs, démarrage des moteurs, démarrage des pompes à air. Le volant du frein à main est sur le côté droit.
(8), (9)

Voir davantage d’images dans ces articles
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n517
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n561
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n605


(Suite dans le prochain post)
Fichiers joints
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » jeu. 28 mars 2019, 01:57

.


Traction électrique et grande vitesse

1901-1903 – Les essais prussiens et le record à 210 km/h
(3ème partie)




Les appareils de mesure et dispositifs testés


Les appareils embarqués sont peu décrits dans les publications en français. Voici des extraits résumés d’articles parus entre autre dans ETZ - Elektrotechnische Zeitschrift du 12 novembre 1903. (12)

Les mesures concernent d’abord les grandeurs électriques (volt, Ampère, Watt) et les températures des différents composants (moteurs, transformateurs etc.).
À l’intérieur de l’automotrice un signal sonore précédé d’un signal plus faible retentit toutes les 10 secondes. Chaque personne surveillant un cadran ou un instrument note alors la valeur sur des feuilles préparées.

La tension et l’intensité du courant arrivant aux transformateurs des automotrices et celles du courant envoyé par la centrale sont lues sur des appareils identiques et synchronisés.

Dans les cabines de conduite, la vitesse (approximative) est donnée par un Voltmètre en liaison avec une dynamo actionnée par un essieu.
À l’intérieur des automotrices est installé un enregistreur de vitesse de grande précision conçu par Siemens & Halske, qui sera amélioré à plusieurs reprises. Sur un ruban de papier spécial se déroulant à vitesse uniforme, un stylet fait une encoche toutes les deux secondes. Le deuxième stylet marque chaque tour de roue (transmis électriquement par un contact sur un des essieux non motorisés). Le troisième marque les kilomètres (contact électrique sur des crocodiles placés tous les 1.000 mètres – crocodiles fournis par le Nord français, d’après von Borries). Même si l’entraînement du papier n’est pas uniforme, la vitesse peut être déterminée avec grande précision grâce au tracé des secondes.

Image
Fragment du tracé à 185 km/h : – The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, 1905, domaine public


Pour étudier l’écoulement de l’air sur la surface frontale des automotrices, des ouvertures sont pratiquées et reliées à des manomètres en U. De plus, des capsules en métal ondulé (genre baromètre), reliées à des colonnes de liquide, sont placées à l’extérieur, à distance variable de la paroi.
Pour déterminer la meilleure forme à donner aux extrémités des automotrices, ces mesures sont également effectuées avec des carénages amovibles de formes différentes.

Image
Carénages amovibles ajoutés aux extrémités des automotrices A (à gauche) et S (à droite) – Elektrische Bahnen, juin 1904, domaine public

L’accélération est mesurée par la méthode de Kapp. Deux tubes verticaux placés chacun dans un des deux postes de conduite et reliés par une tuyauterie sous toute la longueur de la voiture forment un système de vases communicants rempli d’un liquide coloré. À l’accélération, le niveau baisse dans celui qui est à l’avant et monte dans celui d’arrière. D’après le texte, « la différence de niveau et la distance entre les deux tubes permettent de déterminer facilement la grandeur à mesurer. »

Un appareil enregistre les oscillations ou autres mouvements de l’automotrice.

Pour le dosage du freinage, dans l’automotrice de Siemens & Halske un régulateur automatique de freinage empêche le blocage des roues. Il est combiné à un indicateur de vitesse Haushälter et à un appareil mesurant le couple moteur. Un appareil basé sur un pendule a été également essayé.
Le problème à résoudre est clairement établi, mais la solution idéale n’est pas encore trouvée.

En raison des distances de freinage d’un véhicule à grande vitesse, il est important que le conducteur soit informé à l’avance d’un signal fermé. Pour cela, un crocodile placé deux kilomètres en avant déclenche électriquement un disque rouge et une sonnerie dans le poste de conduite.
(12), (6), (8),




Les essais de l’automne 1901


Après un renforcement partiel de la voie et l’électrification de la ligne pendant le premier semestre 1901, les premiers essais commencent le 8 octobre 1901.
Il s’agit surtout de vérifier les appareils de mesure, de connaître la consommation de courant permettant des valeurs d’accélérations différentes et d’étudier les conditions du démarrage et du freinage, en commençant par la vitesse maximum de 100 km/h.
On s’attendait à ce que la voie en rails de 33 kg/mètres à traverses relativement espacées soit inadaptée à ces tests, mais on a voulu voir l’effet de la vitesse sur ces rails. Jusqu’à 130 km/h tout se passe bien, mais au-delà le problème est d’abord le comportement de plus en plus instable des automotrices dû entre autre à des mouvements de lacet. De plus, après quelques essais à 160 km/h la voie a commencé à se déformer, si bien qu’on fait la plupart des mesures voulues sans dépasser 130 km/h.

On réussit toutefois à atteindre une vitesse commerciale de 120 km/h sur la longueur de 23 km.
On en profite pour faire également des essais avec les automotrices tirant des trains de trois voitures. (13)

Des résultats de cette première série d’essais y compris le freinage ont été publiés dans Glasers Annalen de mai et juin 1902, revues actuellement inaccessibles sur Internet.
Le Génie Civil du 17 janvier 1903 en donne des extraits (11) :
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k64728526.item




Les essais de 1902


En 1902, avant la saison des essais, la Société d’Études fait réparer à ses frais la voie aux endroits où elle était endommagée. (14)

Le poids des transformateurs embarqués dans les automotrices est un inconvénient important. Alors Walter Reichel, de Siemens & Halske, a conçu une locomotive dont les moteurs électriques utilisent directement le courant à tension de 10.000 volts.

Image
Locomotive Siemens & Halske sur la ligne d’essais – Réduction d’une photo de la collection R. R. Rossberg, à voir en plus grand ici :
http://buergerbahnhof-murnau.de/denkmal ... geschichte
Schéma – Le Génie Civil du 17 janvier 1903, domaine public (11)



Cette locomotive n’est pas destinée à la grande vitesse, mais ses essais qui ont eu du 17 au 26 juin 1902 sur la même ligne sont évoqués succinctement dans Le Génie Civil du 17 janvier 1903 :
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k64728526/f5.item
L’ingénieur Lochner précise dans ETZ - Elektrotechnische Zeitschrift du 15 décembre 1904 qu’elle a roulé à 100 km/h avec un train de 71 t et à 50 km/h avec un train de 203 t. et que l’adaptation de cette technique aux automotrices réduirait leur poids de 15 tonnes. (4)
(Pour l’anecdote : Cette locomotive a plus tard été coupée pour fabriquer deux locotracteurs. Cliquer sur le lien sous la photo)


À l’automne les essais avec les automotrices reprennent. La résistance de l’air est étudiée en coupant le courant à différentes vitesses et laissant l’automotrice rouler sur son erre, avec ou sans les carénages amovibles des parties frontales.
La légèreté de la voie et les mouvements de lacet des automotrices ne permettent toujours pas de vitesses élevées.

Pour rouler à 200 km/h comme on le souhaitait, il est devenu clair qu’il faut améliorer les automotrices et refaire complètement la voie. Pour ce dernier point, l’Etat prussien promet son aide.




Renouvellement de la voie en 1903


Le Ministre Budde, responsable des chemins de fer, a accepté de « prêter » à la Société d’Etude les rails, traverses, contre-rails, supports et accessoires nécessaires (en réalité, les rails resteront définitivement). Von Gossler, Ministre de la Guerre, fournit gratuitement la main d’œuvre : la Brigade des Chemins de Fer du général von Schubert.
La Société d’Etude doit seulement acheter le ballast. (6)

Les travaux ont lieu du 11 mai au 28 août 1903. Trois régiments de spécialistes de l’armée prussienne sont responsables chacun d’un tiers de la ligne. Tous les travaux de préparation ont lieu le jour mais l’enlèvement des anciens rails et la dépose des nouveaux a lieu de nuit, de manière à ne pas interrompre la circulation sur les deux voies civiles.
La nouvelle voie, solidement ballastée en basalte concassé de 7 à 10 cm, est composée de rails prussiens en acier Bessemer de 41 kg/mètre, longs de 12 mètres et posés sur 18 traverses. Pour éviter tout déraillement, la voie est équipée de contre-rails sur une longueur d’environ 17 kilomètres.
Ces contre-rails sont constitués par la semelle de vieux rails posés sur le flanc et fixés sur des supports spéciaux. (6) :

Image
Photo : ETZ – Elektrotechnische Zeitschrift, 31 décembre 1903, domaine public
Dessin : Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, 1905, domaine public


Les quelques aiguillages sont équipés de ces contre-rails. Entre les essais il faut en enlever certaines portions pour rendre les aiguillages fonctionnels et les remettre ensuite. Les équipes dédiées effectuaient ces changements en 12 minutes par aiguillage. (6).




Modifications de la ligne de électrique


Des courts-circuits causés par les oiseaux se répercutant jusqu’aux fusibles de la centrale, AEG installe un disjoncteur à huile au raccordement de la ligne d’alimentation avec les caténaires.
À vitesse élevée, les frotteurs latéraux causent des oscillations sur la caténaire qui se répercutent sur les poteaux, obligeant à étayer ceux-ci. Une tempête a tellement fait bouger les trois fils de la caténaire que deux se sont touchés, créant un court circuit. Finalement, on diminue l’espace entre les poteaux.

La ligne de distribution venant de la centrale doit traverser deux voies par l’intermédiaire d’un câble souterrain avant d’atteindre la caténaire. Des voltages excessifs ont été constatés aux extrémités de ce câble. Il est remplacé par un fil et AEG installe des limiteurs de tension et dispositifs de mise immédiate à la terre. Un jour, un fil transportant 40.000 volts s’est rompu et est tombé sur le pied d’un ouvrier sans lui créer le moindre choc électrique, preuve du bon fonctionnement des organes de sécurité. (6)




Modifications des automotrices


Pendant la réfection de la voie, l’équipement électrique des automotrices reçoit de nombreuses améliorations de détail. Entre autre, au démarrage les moteurs ne sont plus alimentés au même moment. On alimente les quatre stators l’un après l’autre et ensuite tous les rotors ensemble. (15)

Walter Reichel, de Siemens & Halske, modifie et allège les frotteurs car ils ne réussissaient pas toujours à rester au contact à cause des mouvements des automotrices. A l’aide de ressorts plus souples et d’articulations améliorées, ainsi que d’ailettes amovibles appuyant le frotteur contre la caténaire grâce au vent de marche, une solution satisfaisante est trouvée. Elle sera appliquée également à l’automotrice AEG. Voir ETZ du 31 décembre 1903, p. 1084 et 1086. (12)

Pour améliorer la tenue de voie des automotrices, certains participants proposent d’allonger les bogies en mettant quatre essieux, mais cela entraînerait une modification profonde du bas de la caisse et du châssis des automotrices. (6)
Pour éviter cela, A. von Borries, concepteur de locomotives à vapeur entre temps intégré à l’équipe des essais électriques, fait redessiner de manière radicale les bogies à trois essieux sans augmenter leur poids :

- L’empattement total du bogie passe de 3,80 à 5,0 mètres (diminuant fortement la tendance au lacet)
- Des balanciers conjuguent les suspensions des trois essieux (gardant constante la charge sur chaque essieu), contrairement au bogie initial qui n’en avait pas.
- L’articulation fixe des bogies est remplacée par celle qu’il utilise sur ses locomotives de vitesse, permettant un jeu latéral de 30 mm de chaque côté avec ressorts de rappel à action progressive (pour atténuer la transmission des mouvements latéraux du bogie á la caisse de l’automotrice)
- Le poids de la caisse ne s’applique plus sur le pivot central du bogie mais uniquement sur des surfaces de glissement larges et écartées (diminuant le roulis et amortissant l’effet des ressorts de rappel)
- Les nouveaux longerons du bogie en tôle épaisse pliée permettent de disposer les cylindres de freins dans le plan des roues, supprimant des leviers et articulations. Les ressorts de suspension ne sont plus cachés dans des poutres creuses, mais accessibles à l’extérieur (facilitant le réglage des ressorts des cadres de moteurs de l’automotrice AEG)
- Les essieux étant davantage écartés, tout est prévu pour placer des ventilateurs refroidissant les moteurs (ont-ils été nécessaires ?).

Image
En haut : coupe horizontale montrant les ressorts de rappel du pivot – The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, domaine public (6)
En bas : le bogie AEG montrant les balanciers de suspension conjuguant les ressorts des essieux et les quatre surfaces de glissement sur le dessus. Au-dessus des deux essieux extrêmes, les cadres de moteurs sont suspendus comme précédemment – ETZ-Elektrotechnische Zeitschrift, 3 décembre 1903, domaine public (12
)

Voir ici d’autres dessins des bogies avec les freins et les ventilateurs
https://archive.org/details/berlinzosse ... g/page/n82
https://archive.org/details/berlinzosse ... g/page/n30

La modification des bogies est efficace. Il n’y a plus de mouvement de lacet ni d’oscillations répétées. À 200 km/h l’écriture des personnes debout notant les indications des cadrans ne sera aucunement tremblée. Voir ETZ du 12 novembre 1903. (12)
Von Borries écrit : « Il est clair que les véhicules sont soumis aux mouvements produits par les courbes et le tracé de la voie. Les forces agissantes qui tendent à faire dérailler les automotrices prennent à 200 km/h une valeur considérable. Mais quand un mouvement se produit, l’essentiel est de l’amortir immédiatement afin qu’il n’induise pas d’effet répétitif. » (16), (17), (18)


(Suite dans le prochain post)
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Patlantic » jeu. 28 mars 2019, 02:35

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Traction électrique et grande vitesse

1901-1903 – Les essais prussiens et le record à 210 km/h
(4ème et dernière partie)




Les essais et le record de l’automne 1903


Les essais reprennent en septembre 1903. Profitant des qualités de la nouvelle voie, on augmente la vitesse d’essai en essai. Le comportement de l’automotrice Siemens est parfait, mais l’automotrice AEG a une légère tendance au roulis au-delà de 150 km/h (donc comprimant alternativement ses ressorts de suspension d’un côté et de l’autre), bien que les bogies des deux véhicules soient identiques. On pense alors que c’est peut-être dû aux positions décentrées des transformateurs placés en quinconce sous le plancher (ce mouvement est-il provoqué par une très faible torsion du châssis ?)
En ajoutant des contrepoids de 250 kg vers les bogies du côté opposé de chaque transformateur on a facilement corrigé ce défaut. (6)

Image
« b » sont les transformateurs, « c » les contrepoids ajoutés - The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, domaine public (6)


Pendant cette modification, les essais se poursuivent avec l’automotrice Siemens & Halske, pilotée par son concepteur, Walter Reichel.
La tension du courant fourni par la centrale passe de 12 000 à 13 500 Volt.
La vitesse des essais est augmentée par étapes :
- 18 septembre : 167 km/h
- 23 septembre : 175 km/h
- 26 septembre : 189 km/h (5)

Arthur Gwinner, directeur de la Deutsche Bank, participe à un essai à 180 km/h et restera pendant longtemps « le banquier le plus rapide ! » (3)


Image
L’automotrice Siemens à 185 km/h (avec un carénage arrondi ajouté sur sa face avant ?) – Dinglers Polytechnisches Journal, 1904, domaine public


La tenue de voie est parfaite. Plus rien ne s’oppose à la grande vitesse.
Les essais continuent.

L’automotrice Siemens & Halske atteint les vitesses suivantes :
2 octobre : 201 km/h
23 octobre : 206,7 km/h

Entre temps, l’automotrice AEG est à nouveau disponible.
Avec un comportement parfait sur la voie elle établit le record définitif :
28 octobre : 210,2 km/h (6)

Les organisateurs se hâtent d’ajouter que la faible différence de vitesse entre les automotrices des deux fabricants est due uniquement à la fréquence du courant distribué le 28 octobre, qui était légèrement plus élevée que les autres jours.
(Pas de jaloux ! Ça fait penser au nivellement officiel à exactement 331 km/h pour la BB 9004 et la CC 7107 un demi-siècle plus tard…).

Image
Automotrice AEG en 1903. Remarquer les ailettes sur certains frotteurs – Deutsches Eisenbahnwesen, 1911, domaine public

Les essais aérodynamiques ont enfin pu être menés à des vitesses supérieures à celles de 1902.
Un wagon-lit prussien de 44 tonnes à deux bogies de trois essieux a même été attelé tour à tour à chacune des automotrices. L’étude de l’écoulement d’air entre les deux véhicules a été réalisée par mesures de pression ou dépression en différents points. Malheureusement il régnait un fort vent latéral qui a influencé les résultats, réduisant leur fiabilité (6).
A partir de 160 km/h le wagon-lit a présenté des mouvements de lacet et des oscillations prononcées et à 180 km/h il a fallu arrêter l’essai, face aux limites du matériel actuel.

Image
Essais avec un wagon-lit attelé à l’automotrice Siemens munie de carénages. Les chiffres romains I à IV (lisibles si on agrandit l’image) montrent les emplacements des manomètres – The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, L. Bell, 1905, domaine public


Sur la photo du lien ci-dessous on voit bien les nouveaux bogies de l’automotrice de Siemens & Halske. Elle est préparée pour un essai aérodynamique. Son étroite face avant semble munie d’un carénage arrondi. Remarquer les appareils à membrane pour mesurer la pression de l’air sur les fenêtres des deux panneaux obliques. :
https://babel.hathitrust.org/cgi/pt?id= ... up;seq=553
(Engineering Magazine, janvier 1904)

Les essais se terminent fin novembre 1903.

Le record de vitesse sera battu en 1931 par le "Schienen-Zeppelin" : https://de.wikipedia.org/wiki/Schienenzeppelin




Les résultats


Les essais effectués pendant les automnes de trois années consécutives ont permis de rassembler un grand nombre de résultats de mesures dont l’étude – combinée avec l’expérience personnelle des participants aux essais – a permis de tirer des enseignements importants.

Après la fin des essais, plusieurs participants ont écrit des articles ou tenu des conférences dont les comptes-rendus ont été publiés dans les revues spécialisées de plusieurs pays. Beaucoup ont donné des commentaires généraux et tiré des conclusions sans vraiment montrer directement de résultats d’essais.
Le discours de Lochner (4) a été cité dans plusieurs publications.
Le texte le plus connu en France est celui de la conférence de von Borries à l’Association des Ingénieurs allemands le 6 juin 1904, (16), (17)
Ce texte a été traduit partiellement dans la RGCFT - malheureusement sans la totalité des images. (18)
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... /f315.item
La version originale publiée dans Elektrische Bahnen de juillet 1904 (16) donne en exemple le graphique obtenu en combinant les résultats de différentes mesures au cours d’un même trajet :


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Le livre The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, traduit de l’allemand et publié en 1905 (6), fournit près d’une trentaine d’exemples de résultats de mesures reportés sur des graphiques de divers types. Ils concernent des résultats d’essais de freinage, de mesures aérodynamiques avec les parties frontales amovibles, la détermination des résistances à vaincre avec les puissances consommées correspondantes.
Il y a aussi des graphiques combinés de vitesses et mesures électriques pour différents trajets dont certains en remorquant le wagon-lit.
C’est à partir de cette page :
https://archive.org/details/berlinzosse ... g/page/n88

Les essais ont montré que, quand la vitesse s’accroît, la résistance au roulement varie peu mais la résistance de l’air augmente fortement. Les coupe-vents amovibles montrés plus haut n’ont diminué la résistance de l’air que de 8 % : (16), (18)
On a dû développer plus de 1 700 ch pour transporter 40 personnes à 200 km/h, ce qui n’est pas rentable. Il sera important à l’avenir d’améliorer la forme des véhicules pour diminuer davantage la résistance.




Les conclusions


La conclusion générale des essais est que la traction électrique sur grandes lignes est possible et qu’elle permet d’atteindre des vitesses supérieures à la traction vapeur, mais que certaines améliorations sont à étudier.
- Le courant monophasé permettrait d’utiliser une caténaire plus simple. Il faut donc étudier des moteurs adaptés.
- Pour le dosage optimum du freinage, il faut créer de nouveaux dispositifs.
- Il faut améliorer l’aérodynamisme du matériel roulant.
- Les deux types de suspensions utilisés pour les moteurs n’ont pas montré de différence au niveau de la tenue de voie, à partir du moment où la voie et les bogies ont été améliorés.
- La voie de 1903 est satisfaisante, les contre-rails sont inutiles.
- Les bogies à traverse danseuse des voitures prussiennes actuelles (tests avec le wagon-lit) sont inaptes aux très grandes vitesses.

Un calcul approximatif de W. Reichel (Siemens & Halske) traduit dans la Revue générale des Sciences pures et appliquées montre que l’exploitation d’un train électrique (automotrice + voitures) coûterait à peine plus cher que celle d’un train à vapeur de capacité égale. (19)

Suite aux essais, les ingénieurs allemands réfléchissent sur les rôles respectifs à donner dans l’avenir à la traction vapeur et à la traction électrique.

Dans la deuxième partie du texte de la RGCFT dont le lien est donné plus haut, von Borries donne son opinion personnelle sur l’avenir des deux modes de traction (au début de son exposé il avait invité à la discussion).
Même si des locomotives à vapeur construites selon ses principes ont roulé à 140 km/h avec une douceur de fonctionnement remarquable (une roulera deux ans plus tard à 155 km/h, ce qu’il ne peut pas savoir), von Borries explique qu’à grande vitesse la part de puissance dont la locomotive à vapeur a besoin pour vaincre ses propres résistances internes devient tellement élevée qu’il n’en reste plus beaucoup pour la traction du train. Pour gagner 20 km/h de vitesse, il faut énormément augmenter la puissance des locomotives – donc leurs dimensions - ce qui renchérit leur achat, emploi et entretien, à moins peut-être de combiner compoundage et surchauffe, ce qui n’a encore jamais été fait…. (16), (17), (18)
(mais le sera quelques mois plus tard avec une Atlantic légère S7 von Borries/Hanomag qui, sur le banc d’essai de l’Expo Universelle de St. Louis, USA, donnera le meilleur ratio consommation/puissance des huit locomotives testées)

Tout à fait dans l’esprit du Chemin de Fer de l’Etat Prussien, il conclut que la traction vapeur est à utiliser de manière économiquement rentable pour des trains classiques à grande capacité effectuant des vitesses moyennes allant parfois jusqu’à 100 km/h sur profil favorable, mais à des vitesses de route ne dépassant pas 120 km/h.
« Rouler plus vite, c’est de la compétition sportive – intéressante du point de vue technique, mais désagréable pour le contribuable. » (17)

Dans une troisième partie du même texte il donne son opinion sur la traction électrique. Elle permettra des vitesses plus élevées et sera à utiliser rentablement sous forme de trains courts ou automotrices circulant à environ 160 km/h, éventuellement plus.
En gros, cette répartition des rôles futurs est celle qui règne en Prusse à ce moment-là, aussi bien chez les électriciens que chez les vaporistes (dont Robert Garbe).

La possibilité d’utiliser la traction électrique pour des trains lourds ou de marchandises n’est pas envisagée.




Le projet Berlin - Hambourg


Pressés de récolter les fruits de leur travail, AEG et Siemens & Halske présentent début 1904 un projet de ligne électrifiée à grande vitesse entre Berlin (capitale) et Hambourg (plus grand port d’Allemagne), villes distantes d’environ 285 kilomètres par chemin de fer.

Le projet Siemens & Halske est basé sur un capital financier limité. La circulation électrique aura lieu d’abord sur une des voies existantes, à vitesse relativement modérée, utilisant les intervalles de temps entre les trains à vapeur car l’affluence n’augmentera que progressivement. Plus tard on construira une voie dédiée.
Le projet AEG est basé sur l’hypothèse d’un grand nombre de voyageurs dès le début. La circulation se fera dés le départ sur une voie double spécialement construite. Cette voie sera obligatoirement à l’écartement normal pour des raisons militaires et elle aura ses propres gares terminus.

Dans les deux cas la ligne ne fera que le transport de voyageurs. La circulation se fera par trains courts à intercirculation : une automotrice et deux à quatre remorques. Pour que les voyageurs ne perdent pas de temps à prendre des repas avant ou après le voyage, l’automotrice aura un compartiment restaurant. L’estimation du nombre de voyageurs ne doit pas être basée sur le trafic actuel, mais par comparaison avec l’ouverture d’autres lignes, où l’offre a créé la demande.
En plus des trains directs, il y aura des trains s’arrêtant à des gares intermédiaires.

L’investissement et la rentabilité prévue sont chiffrés à court et moyen terme.
Un résumé des propositions des deux sociétés est à lire en anglais sur 15 pages à partir de celle-ci (6) :
https://archive.org/details/berlinzosse ... g/page/n63


Jugé prématuré, le projet ne sera pas réalisé.

En 1904, la Société d’Étude va peut-être faire encore d’autres essais que la recherche de la vitesse maximum mais les documents consultés n’en disent rien.

Ayant rempli le rôle qu’elle s’était donnée, la Société sera dissoute en décembre 1905.




FIN de cette série
"Traction électrique et grande vitesse"

Patrick Jacobs :D




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Remarque :
Suite à ces essais en traction électrique, les chemins de fer Prussiens ont fait différents essais en traction vapeur sur cette ligne militaire et en service sur d’autres lignes.
La relative médiocrité des locomotives opposées à une 220 a simple expansion et surchauffe a permis à Robert Garbe de publier internationalement des commentaires exagérés et des généralisations inexactes.

Le sujet a été effleuré dans d’autres fils…
http://forum.e-train.fr/viewtopic.php?f ... &start=178
http://forum.e-train.fr/viewtopic.php?f ... 8&start=90
….et pourra être traité un jour plus en détail, grâce à la documentation disponible.


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Sources



1 - ZVDI – Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, 1901, 2ème semestre
Article de O. Lasche (AEG) - Voir les numéros des 7 et 14 septembre, commençant ici :
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n407

2 - Zeitschrift für Elektrotechnik, (Autriche), 1901
Conférence de O. Lasche (AEG) au Congrès International des Ingénieurs, Glasgow.
Voir les numéros des 3, 10, 17, 24 novembre et des 1er et 8 décembre, commençant ici :
https://archive.org/details/bub_gb__U9V ... /page/n552

3 - Bank und Geschichte Nr. 3, page 5, - Historische Gesellschaft der Deutschen Bank AG, novembre 2003
https://www.webcitation.org/6R5N7srWs?u ... /6R5N7srWs

4 – ETZ-Elektrotechnische Zeitschrift, 15 décembre 1904
Discours de R. Lochner devant l’Association des Electrotechniciens le 22.11. 1904
https://archive.org/details/bub_gb_XopN ... page/n1103

5 – Zeitschrift des Öesterreichischen Ingenieur- und Architekten-Vereines, 30 octobre 1903, pages 575-576
https://opus4.kobv.de/opus4-btu/frontdo ... 903_10.pdf

6 – The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903, Louis Bell, 1905 (Traduction de documents allemands)
https://archive.org/details/berlinzosse ... og/page/n4

7 – Dinglers Polytechnisches Journal, 1904
http://dingler.culture.hu-berlin.de/art ... 9/ar319126
http://dingler.culture.hu-berlin.de/art ... 9/ar319126

8 - ZVDI – Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, 1901, 2ème semestre
Article de W. Reichel (Siemens & Halske)
Voir les numéros du 28.septembre et des 5 et 12 octobre, commençant ici
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n517
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n561
https://archive.org/details/bub_gb_Opgf ... /page/n605

9 – Le Génie Civil, 10 janvier 1903
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k6472851s/f1.item

10 – Revue Générale des Chemins de Fer et des Tramways, mars 1902
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... /f201.item

11 – Le Génie Civil, 17 janvier 1903
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k64728526.item

12 – ETZ-Elektrotechnische Zeitschrift, 1903
Voir les numéros du12 novembre et des 3 et 31 décembre
https://archive.org/details/bub_gb_lIlN ... /page/n955
https://archive.org/details/bub_gb_lIlN ... page/n1014
https://archive.org/details/bub_gb_lIlN ... page/n1101

13 – Revue Industrielle, 7 novembre 1903
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... f523.image

14 – Zeitschrift für Elektrotechnik (Autriche), 16 novembre 1902
https://archive.org/details/bub_gb_fkVV ... /page/n587

15 – Zeitschrift für Elektrotechnik (Autriche), 3 janvier 1904
https://archive.org/details/zeitschrift ... ek/page/10

16 – Elektrische Bahnen, 1904, n° 14 et n° 16
https://archive.org/details/bub_gb_6Zs7 ... /page/n508
https://archive.org/details/bub_gb_6Zs7 ... /page/n549

17 – ZVDI – Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure, 25 juin 1904
https://archive.org/details/bub_gb_dZ8f ... page/n1019

18 - Revue Générale des Chemins de Fer et des Tramways, Novembre 1904
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... /f315.item

19 – Revue Générale des Sciences pures et appliquées, 1904
https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k ... f349.image.



Pour les anglophones :
Outre le livre de 1905 The Berlin-Zossen electric railway tests of 1903 (6) mentionné plus haut qui traite de manière détaillée tout ce qui se passe en 1903, plusieurs articles ont été publiés dans des revues, par exemple :
Engineering News, 24 octobre 1901
Scientific American, 18 décembre 1902
Electrical Review, 17 octobre et 7 novembre 1903
Engineering Magazine, janvier 1904
Fichiers joints
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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Jielcé76 » jeu. 28 mars 2019, 19:53

Bonsoir tous,

Et :applause: à Pat l' antique! On ne s' en lasse jamais.

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Re: Episodes étonnants et anecdotes de l'Epoque 1

Message par Dgrr57 » jeu. 28 mars 2019, 21:00

Encore un grand merci pour ces articles toujours passionnants et superbement documentés
Patrick

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