Le principe du fonctionnement de la locomotive à vapeur est le suivant : la combustion de charbon dans le foyer permet de libérer l'énergie nécessaire à la production de vapeur d'eau à une certaine pression dans la chaudière, pression qui s'exerce ensuite sur les pistons et fait avancer la machine.
Une locomotive à vapeur convertit l'énergie thermique (chaleur) en énergie mécanique (travail) selon le processus suivant : ⇒ Brûler du charbon dans un foyer (combustion). ⇒ Récupérer la chaleur pour chauffer de l'eau et la transformer en vapeur.
Une machine à vapeur est un moteur qui utilise comme source d'énergie la vapeur d'eau : de l'eau, rendue à l'état gazeux après avoir été portée à ébullition par une source d'énergie thermique (souvent du charbon), provenant le plus souvent d'une combustion.
Nos locomotives à vapeur fonctionnent réellement à la vapeur chauffé au charbon. Le charbon est brûlé dans le foyer et les gaz chauds qui se dégagent passent par les tubes à fumée dans la chaudière et donc chauffent l'eau. A partir de 100°C l'eau se transforme en vapeur et occupe la partie supérieure de la chaudière.
Dans la traction vapeur, la source d'énergie est une machine à vapeur installée dans la locomotive du train. Ce mode, le plus ancien, est encore utilisé de nos jours dans certains pays. La traction Diesel lui a succédé, le train devient un autorail uniquement propulsé par moteur thermique embarqué.
Aujourd'hui, les trains français roulent à deux carburants : le gazole et l'électrique. Le charbon a été mis de côté depuis plusieurs décennies et l'installation des voies électriques dès le début du XXème siècle a changé la donne.
Afin de répondre à l'ensemble de ces besoins, nous utilisons un large panel d'énergies dont principalement : l'électricité (53%) le gazole non routier (13%) le gazole routier (22%)
Comme son nom l'indique, la machine à vapeur exploite la force motrice de la vapeur d'eau portée à haute pression. C'est une technologie qui convertit l'énergie thermique (chaleur) en énergie mécanique (travail). La chaudière chauffe l'eau pour la transformer en vapeur.
Locomotive à vapeur 140 C 38
C'est elle qui assure la traction de nos circulations touristiques. La chaudière est timbrée à 14 bars et la machine pèse près de 125 tonnes pour une longueur totale de 19,20 mètres. Elle délivre une puissance de 1050 kW (1400 CV) et est limitée à 80 km/h.
Le 13 février 1804, il y a 216 ans, Richard Trevithick, un ingénieur anglais, présente un engin extraordinaire, jamais vu : une locomotive à vapeur ! Comment fonctionne cet engin mécanique ? Un feu fait chauffer de l'eau qui se transforme en vapeur. Cette vapeur est envoyée dans un cylindre où elle pousse un piston.
La force de la vapeur en mouvement entraîne la rotation de la turbine, qui est couplée à un alternateur électrique. La rotation de la turbine génère de l'électricité grâce à l'alternateur qui est ensuite distribuée sur le réseau électrique ou utilisée localement.
Elle devient le moteur des usines. Dans les filatures et tissages, elle actionne les métiers à tisser, dans les forges elle permet d'actionner d'énormes marteaux-pilons. Les applications se multiplient également dans le domaine des transports.
Ce piston actionne un balancier qui fait tourner une roue. Cette invention est une révolution technologique. Avant, les machines étaient actionnées par des hommes ou des chevaux. Avec la machine à vapeur, on a pu faire marcher des machines plus puissantes.
En 1763, alors qu'il répare un moteur, l'ingénieur écossais James Watt (1736-1819) cherche des idées pour en augmenter l'efficacité. En 1765, il finalise une chambre de condensation pour la vapeur et dépose un brevet en 1769.
George Stephenson a débuté sa carrière dans la mine de Killingworth. En tant que mécanicien, sa direction l'autorisa à expérimenter la machine à vapeur. En 1814, il construisit sa première locomotive à vapeur qui pouvait transporter 30 tonnes de charbon à environ 4 miles par heure.
La Big Boy 4006 préservée au Musée des Transports de Saint-Louis (Missouri), aux États-Unis. Les locomotives surnommées Big Boy sont les plus grosses locomotives à vapeur jamais construites, qui furent en service du début des années 1940 à la fin de la décennie 1950 aux États-Unis.
Un des défauts de la locomotive à vapeur est la nécessité d'un temps important de préparation, avant la mise en ligne, ainsi que d'un entretien constant après une période de roulement relativement brève.
La Mallard détient le record mondial de vitesse pour une locomotive à vapeur, grâce à une pointe de 126 mph (environ 203 km/h ).
La machine à vapeur est un moteur à combustion externe qui transforme l'énergie thermique de la vapeur d'eau (produite par une ou des chaudières) en énergie mécanique. Les évolutions les plus significatives de cette invention datent du XVIII e siècle.
Au XXe siècle, le développement rapide de la technologie des moteurs à combustion interne a entraîné la disparition de la machine à vapeur en tant que source de propulsion des véhicules sur une base commerciale, et relativement peu de véhicules sont restés en service après la Seconde Guerre mondiale.
James Watt, né le 19 janvier 1736 à Greenock en Écosse et mort le 25 août 1819 à Heathfield Hall, dans sa maison à Handsworth (localité maintenant intégrée à Birmingham, en Angleterre) est un ingénieur écossais dont les améliorations sur la machine à vapeur furent une des étapes clé dans la révolution industrielle.
Les caténaires permettent d'acheminer l'électricité jusqu'à nos trains et tramways. Ces ensembles de câbles porteurs sont approvisionnés grâce à des postes de redressement qui transforment le courant industriel qui arrive à ces postes en courant adapté au RER (1 500 volts) ou au tramway (750 volts).
L'essence et le gazole couvrent 98 % de l'énergie utilisée dans le transport routier à l'échelle mondiale, et 96 % en Europe où les biocarburants représentent seulement 1,5 % et le gaz naturel à peine plus de 1 % (figure 3).
A la fin de son ascension, le train possède de l'énergie de position car c'est cette énergie qui est liée à l'altitude.
L'énergie chimique de l'essence et de l'air est transformée en chaleur par combustion. Celle-ci est transmise par la production de gaz chauds, aux cylindres, puis aux pistons. A ce stade, elle se transforme en énergie mécanique et déclenche le mouvement de la voiture, qui acquiert une certaine énergie cinétique.