Locomotive à vapeur : ses roues et ce que montre la maquette

Une locomotive à vapeur, c’est une chaudière sur roues. Le feu dans le foyer, c’est-à-dire un four fermé à l’arrière de la chaudière, chauffe l’eau, qui se change en vapeur. La vapeur sous pression entre dans les cylindres sur les côtés de la machine et pousse le piston tour à tour vers l’avant et vers l’arrière. Par la bielle motrice, une longue tige fixée hors du centre de la roue, le piston fait tourner la grande roue motrice, un peu comme le pied sur la pédale fait tourner la manivelle d’un vélo.

Sur une locomotive à vapeur, ce mouvement se voit en général de l’extérieur : les cylindres, les bielles et les tiges qui relient les roues travaillent sur le flanc de la machine. C’est aussi pour cela qu’elle sert si bien de modèle aux maquettes, surtout quand la machine a une histoire célèbre. Parmi elles, la Rocket de Stephenson de 1829, dont presque toutes les locomotives à vapeur suivantes ont repris les solutions, et la britannique Mallard, qui a établi en 1938 un record de vitesse des locomotives à vapeur toujours valable. Une maquette te montre la forme et le mouvement de la vraie machine, mais ses roues tournent grâce à ta main ou à un mécanisme remonté, pas grâce à la vapeur.

Comment la vapeur fait tourner les roues de la locomotive

Dans la locomotive, la vapeur suit un seul chemin du feu jusqu’à la cheminée, et à chaque étape une autre partie de la machine travaille. Quand tu connais l’ordre, tu retrouves ces pièces sur la photo d’une vraie locomotive comme sur une maquette :

1. Foyer et chaudière. Le chauffeur met du charbon dans le foyer. Les gaz chauds du feu traversent la chaudière par de nombreux tubes entourés d’eau. L’eau entoure aussi le foyer lui-même, elle prend donc la chaleur sur une grande surface et se change en vapeur.
2. Dôme de vapeur et régulateur. La vapeur se rassemble au-dessus du niveau de l’eau, souvent dans une partie ronde sur le dessus de la chaudière, appelée dôme de vapeur. On y trouve en général le régulateur, une vanne par laquelle le mécanicien envoie la vapeur aux cylindres et règle ainsi la force de la machine.
3. Cylindre et tiroir. De chaque côté de la locomotive se trouve un cylindre avec un piston. Une vanne coulissante, appelée tiroir, envoie la vapeur fraîche tour à tour devant et derrière le piston et laisse en même temps sortir la vapeur usée de l’autre côté du piston. Le piston pousse donc dans les deux sens, vers l’avant comme vers l’arrière.
4. Crosse et bielle motrice. Du piston sort la tige de piston, terminée par une crosse qui glisse dans une glissière droite. La bielle motrice est fixée à la crosse et son autre extrémité se trouve sur un maneton hors du centre de la roue motrice. C’est précisément ici que le mouvement rectiligne du piston devient la rotation de la roue.
5. Bielles d’accouplement. Les roues motrices d’un côté sont reliées par une tige horizontale, la bielle d’accouplement. Grâce à elle, elles tournent toutes en même temps et la force de la machine se répartit sur plus de roues, qui adhèrent ainsi mieux au rail.
6. Échappement et cheminée. La vapeur usée quitte les cylindres vers la boîte à fumée, la partie avant de la chaudière sous la cheminée, et jaillit vers le haut par une tuyère étroite. Elle entraîne avec elle les gaz de la chaudière et aspire ainsi de l’air frais à travers le feu. Plus la locomotive travaille, plus le tirage est fort et mieux le feu brûle.

Une locomotive à deux cylindres a les manivelles des côtés gauche et droit décalées d’un quart de tour. Quand la bielle d’un côté est alignée avec le maneton de la roue, au point mort, elle ne peut pas faire tourner la roue. L’autre côté est alors loin du point mort et fait tourner la roue, c’est pourquoi la locomotive démarre quelle que soit la position des roues. Pour un tour de roue, les deux pistons reçoivent ensemble quatre bouffées de vapeur, et la cheminée lance quatre coups d’échappement, que tu entends comme un halètement rythmé.

Les tiroirs sont actionnés par la distribution, un ensemble de tiges et de leviers sur le flanc de la machine entre la roue motrice et le cylindre. Avec elle, le mécanicien change le sens de marche et règle combien de temps la vapeur fraîche entre dans le cylindre pendant une course du piston. Au démarrage, il la laisse entrer plus longtemps pour que la machine ait le plus grand effort de traction possible. En marche, il la laisse entrer moins longtemps, et le reste du travail est fait par la vapeur qui se détend dans le cylindre. Ainsi la locomotive économise le charbon et l’eau.

La locomotive transporte le charbon et l’eau soit dans un tender, un wagon séparé attelé juste derrière la cabine de conduite, soit, sur les petites machines, dans des caisses directement sur la locomotive. La vapeur de la chaudière n’actionne pas seulement les roues, mais aussi le sifflet, le compresseur des freins et la pompe qui remet de l’eau dans la chaudière.

Quelles locomotives ont servi de modèle aux maquettes et pourquoi

Rocket, Flying Scotsman, Mallard et Albatros sont toutes sorties en modèles pour trains miniatures. Chacune est entrée dans l’histoire du chemin de fer par ce qu’elle a changé, par un record ou par sa taille, et chacune est conservée en au moins un exemplaire, si bien que tu peux aussi voir son original en vrai. En plus, tu reconnais chacune à sa forme :

La disposition des roues est un peu la signature d’une locomotive. En Grande-Bretagne et en Amérique, on l’écrit par le nombre de roues : Flying Scotsman et Mallard sont toutes deux des 4-6-2, soit quatre roues à l’avant, six motrices et deux à l’arrière. En Europe continentale, on compte les essieux, c’est-à-dire les paires de roues. Un chiffre désigne les essieux sans entraînement, une majuscule les essieux moteurs (A un, B deux, C trois, D quatre), et un petit signe prime (′) après un caractère indique que les essieux sont dans un bogie. Les deux machines britanniques sont donc des 2′C1′ et Albatros une 2′D1′. Sur une maquette, tu comptes les essieux en quelques secondes et tu sais tout de suite à quel type elle ressemble.

Rocket, Flying Scotsman et Mallard sortent en modèles depuis des décennies, et l’histoire de chacune tient en une phrase : la locomotive qui a fixé la façon de construire les locomotives à vapeur, les premiers 100 miles à l’heure officiels, la locomotive à vapeur la plus rapide du monde. La Slovaquie a son histoire avec Albatros. Sur les quinze machines, trois sont conservées, et l’une d’elles, la 498.104, se trouve en Slovaquie, où l’Albatros klub de Bratislava s’en occupe.

Ce qu’une maquette montre de la vraie machine et ce qu’elle simplifie

Une maquette en bois montre la forme et le mouvement d’une locomotive, pas sa force. Elle n’a ni feu ni vapeur, donc le mouvement y va dans l’autre sens : les roues tournent grâce à ta main ou à un mécanisme remonté, et si le piston bouge, ce sont les roues qui le poussent par la bielle. Sur une vraie machine, c’est le piston qui pousse les roues. Ce que montre exactement ta maquette, tu le trouveras dans sa notice et ses images. En l’observant, concentre-toi sur ces endroits :

• Disposition des roues. Compte les essieux à l’avant, les essieux moteurs reliés par une bielle d’accouplement et les essieux à l’arrière, et compare-les au tableau ci-dessus. S’ils correspondent à l’une des machines, la maquette a le même type de train de roulement. Sinon, elle imite plus librement une locomotive à vapeur.
• Bielle motrice et bielle d’accouplement. Tourne lentement la roue motrice et observe les deux tiges. La bielle d’accouplement reste toujours horizontale et décrit un petit cercle, tandis que la bielle motrice oscille de haut en bas. Quand les tiges bougent ainsi, la maquette imite le vrai mouvement de la locomotive.
• Piston et crosse. Pendant la même rotation, observe le cylindre. Si une tige avec une crosse en sort et y rentre, la maquette montre la transformation du mouvement rectiligne en rotation. Si rien ne bouge au cylindre, la maquette n’en montre que la forme.
• Côté gauche et côté droit. Arrête la roue quand la bielle d’un côté est alignée avec le maneton, et regarde l’autre côté. Sur une vraie locomotive à deux cylindres, le maneton y est décalé d’un quart de tour. La maquette peut imiter cela ou non, et aucun des deux n’est un défaut.
• Distribution. Cherche des tiges et des leviers plus fins entre la roue motrice et le haut du cylindre. S’ils bougent quand la roue tourne, la maquette évoque la distribution, qui sur une vraie machine déplace le tiroir. Si tu ne les trouves pas, la maquette a simplifié ou omis la distribution.
• Chaudière, dôme, cheminée et tender. Sur la maquette, ce sont des formes creuses. Observe où ils se trouvent : la cheminée à l’avant, le dôme de vapeur sur la chaudière, la cabine de conduite à l’arrière et le tender derrière elle. La disposition correspond à la vraie machine, même s’il n’y a à l’intérieur ni eau, ni feu, ni charbon.

Une vraie locomotive avait aussi des pièces qui, sur une maquette en bois, sont seulement suggérées ou absentes : des soupapes de sûreté qui libèrent la vapeur quand la pression est trop haute, un tube transparent sur lequel le chauffeur surveillait le niveau d’eau de la chaudière, ou une pompe pour remettre de l’eau. Sans elles, une vraie chaudière ne pourrait pas fonctionner en sécurité ; la maquette n’en a pas besoin.

Si les roues ou les tiges de la maquette terminée tournent difficilement ou se bloquent, tu trouveras la méthode pour chercher le frottement dans l’article Mécanisme bloqué : trouver le frottement et le supprimer.

Si tu veux observer ces pièces sur ta propre maquette, tu peux choisir le modèle Puzzle 3D en bois - Maquette locomotive à vapeur ROKR MC501, qui selon la description de la boutique a un piston mobile et, une fois le mécanisme remonté, avance par sa propre force ; selon les données de la boutique, il est conçu à partir de 14 ans. Selon les données de la boutique, le modèle Puzzle 3D en bois - Locomotive Little Story E012 est moins exigeant, avec une difficulté de 2 au lieu de 4, et lui aussi conçu à partir de 14 ans.

Comment exposer la maquette comme un morceau d’histoire

Une maquette de locomotive à vapeur a l’air d’un morceau d’histoire quand tu l’exposes comme les musées exposent les vraies locomotives : sur une voie, avec une courte description et les bielles bien visibles. Quatre étapes suffisent :

1. Identifie le modèle d’origine. D’après la disposition des roues et la forme de la chaudière et de la cheminée, trouve à quel type ressemble la maquette. Si tu ne peux pas désigner une machine précise, le type et l’époque suffisent, par exemple une locomotive d’express de disposition 2′C1′ des années 1930.
2. Pose-la sur une voie. Place la maquette sur un court tronçon de voie ou sur une planche de bois étroite un peu plus longue qu’elle. Le support la sépare des autres objets de l’étagère, et pour la dépoussiérer tu la soulèves avec lui, sans saisir les tiges fines.
3. Écris une petite carte. Sur une petite carte, écris le type ou le nom du modèle d’origine, l’année et une phrase sur ce qui l’a rendu célèbre : un record, une ligne ou le nombre de machines construites. La maquette raconte alors son histoire même aux visiteurs qui ne connaissent rien aux trains.
4. Place les roues. Avant de l’exposer, tourne les roues motrices de façon que la bielle du côté tourné vers la pièce soit inclinée et que la tige de piston sorte du cylindre. Dans cette position, on voit mieux qu’au point mort comment les tiges relient le piston à la roue.

Si tu te demandes comment roule sur des rails un véhicule qui prend le courant dans un fil au-dessus de la voie au lieu de la vapeur, continue avec l’article Le tramway : d’où vient son courant et comment il roule.

Questions fréquentes