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locomotive

(latin moderne locomotivus, qui sert à la locomotion)

Locomotive à vapeur
Locomotive à vapeur

Machine à vapeur, électrique, à moteur thermique ou à air comprimé, etc., montée sur roues, et destinée à remorquer un convoi de voitures ou de wagons sur une voie ferrée.

Les locomotives à vapeur et les locomotives Diesel

Une locomotive à vapeur comprend trois parties principales. 1° La chaudière où se produit la vapeur sous pression, avec le foyer, le corps cylindrique comportant un faisceau tubulaire où circulent les gaz, et la boîte à fumée, munie d'un échappement. 2° Le mécanisme constitué par une machine à pistons, avec au moins deux cylindres, un de chaque côté, attaquant un même essieu par des bielles et des manivelles. 3° Le véhicule : châssis et roues. .

La locomotive à vapeur a atteint son apogée dans la période 1930-1950 : en 1941, un réseau américain a fait construire des locomotives articulées –  les Big Boys –  capables de tirer plus de 4 000 t sur les longues rampes des montagnes Rocheuses, ou 8 500 t en terrain plat. Si la traction à vapeur a pratiquement disparu en Europe occidentale au début des années 1970, son utilisation s'est poursuivie dans certains pays, riches en charbon et pauvres en pétrole, comme l'Afrique du Sud et la Chine, où la locomotive à vapeur est restée longtemps compétitive (jusqu'au début du xxie s. en Chine) par rapport au Diesel.

La traction Diesel est maintenant utilisée dans la quasi-totalité des pays du globe : elle ne nécessite pratiquement pas d'installations fixes spécifiques et elle est d'un emploi très pratique. Cependant, les locomotives Diesel ont des performances relativement limitées et leur entretien est onéreux. Dans une locomotive de ce type, une transmission est indispensable pour relier le moteur Diesel (qui ne peut tourner que dans un seul sens et ne fournit un couple utilisable que dans une plage étroite de vitesse de rotation) : la transmission électrique est utilisée le plus souvent. Un alternateur entraîné directement par le moteur Diesel alimente en courant continu – par l'intermédiaire d'un redresseur statique – les moteurs de traction accouplés aux essieux.

Les locomotives électriques

La locomotive électrique capte l'énergie du réseau de distribution au moyen d'un pantographe sur les lignes d'alimentation aériennes. La locomotive moderne se compose d'une caisse principale reposant sur des bogies moteurs dont les essieux sont reliés aux moteurs électriques par une transmission élastique qui doit permettre le jeu des ressorts de suspension. Les moteurs sont fixés rigidement au châssis et sont alors, comme lui, entièrement suspendus.

L'avantage de la locomotive électrique tient principalement à sa puissance massique élevée et à l'économie de son utilisation. Schématiquement, à puissance égale, une locomotive électrique pèse de deux à trois fois moins qu'une locomotive Diesel et coûte deux fois moins cher d'achat et d'entretien. Autre avantage non négligeable : elle ne pollue pas ! Aussi, dès que le trafic est assez important, le coût des installations fixes de traction électrique (sous-stations, caténaires, etc.) est vite amorti par l'économie réalisée sur les locomotives.

Jusqu'au début des années 1970, et quel que soit le système d'alimentation, dans toutes les locomotives électriques, les moteurs, à collecteur et à excitation série, étaient alimentés soit directement (lignes électrifiées en courant continu ou en courant alternatif basse fréquence 16 2/3 hertz), soit par l'intermédiaire d'un redresseur statique (lignes électrifiées en courant industriel). Le conducteur règlait la vitesse et l'effort demandé à la locomotive par un appareillage qui différait selon le type de courant d'alimentation. Pour les locomotives à courant continu, un ensemble de contacteurs modifiait le couplage de moteurs et éliminait progressivement les résistances de démarrage ; pour les locomotives à courant alternatif, la même fonction était assurée par un graduateur consistant en un jeu de prises échelonnées sur les enroulements du transformateur. Depuis les années 1970, l'électronique de puissance est utilisée pour la traction électrique : thyristors et convertisseurs statiques de tension (hacheurs) se sont substitués aux graduateurs et contacteurs. Leur utilisation permet un réglage continu de la tension et de l'excitation des moteurs. Ce sont encore les progrès de l'électronique qui ont donné la possibilité d'employer des moteurs triphasés, alimentés à fréquence variable par l'intermédiaire d'un convertisseur statique (onduleur) installé sur la locomotive. Les moteurs triphasés présentent de nombreux avantages : économie de construction et d'entretien, encombrement réduit, vitesse de rotation élevée, possibilité de développer la puissance maximale sur une plage de vitesse étendue.

Les différents réseaux européens sont équipés de courants différents (tension et fréquence). Aussi, indépendamment de l'augmentation des puissances, liée à l'élévation des vitesses, la technique a-t-elle évolué vers des machines aptes à circuler sous des tensions et des fréquences différentes, pour éviter les échanges de machines aux frontières des réseaux.

L'aboutissement de ces divers progrès est la locomotive électrique universelle, apte à tirer un train de marchandises lourd ou un train de voyageurs rapide (locomotives bicourant « SYBIC » de la S.N.C.F. mises en service en 1990 ; locomotives monocourant ou polycourant « Eurosprinter » construites par Siemens à partir de 1996). Cependant, pour des raisons économiques, on tend maintenant à revenir aux locomotives spécialisées, notamment pour le fret.

On désigne les locomotives électriques (et aussi les locomotives Diesel) au moyen de chiffres et de lettres majuscules. Pour chaque châssis, le rang alphabétique de la lettre majuscule indique le nombre d'essieux moteurs, et les chiffres le nombre d'essieux porteurs. Une machine BB est une locomotive comportant deux bogies avec deux essieux moteurs chacun.