Rocket de Stephenson

Disposition généraleEdit

La locomotive avait une haute cheminée à l’avant, une chaudière cylindrique au milieu, et un foyer séparé à l’arrière.La grande paire de roues avant en bois était entraînée par deux cylindres externes placés à un angle. Les plus petites roues arrière n’étaient pas couplées aux roues motrices, ce qui donnait un arrangement de roues 0-2-2.

Objectifs de conceptionEdit

Stephenson a conçu Rocket pour les essais de Rainhill, et les règles spécifiques de ce concours. En tant que premier chemin de fer destiné aux passagers plus qu’au fret, les règles mettaient l’accent sur la vitesse et exigeraient la fiabilité, mais le poids de la locomotive était également étroitement limité. Les locomotives à six roues étaient limitées à six tonnes, les locomotives à quatre roues à quatre tonnes et demie. En particulier, le poids du train à tracter ne devait pas être supérieur à trois fois le poids réel de la locomotive. Stephenson réalisa que, quelle que soit la taille des locomotives précédemment couronnées de succès, ce nouveau concours favoriserait une locomotive rapide et légère, dont la puissance de traction ne serait que modérée.

InnovationsEdit

Paire unique de roues motricesEdit

La décision la plus visible de Stephenson fut d’utiliser une seule paire de roues motrices, avec un petit essieu porteur derrière. Ce fut la première locomotive 0-2-2 et la première locomotive à conducteur unique. L’utilisation d’une seule roue motrice présentait plusieurs avantages. Le poids des barres d’accouplement était évité et le deuxième essieu pouvait être plus petit et léger, car il ne supportait qu’une petite partie du poids. Rocket plaçait un peu plus de 2 1⁄2 tonnes de son poids total de 4 1⁄2 tonnes sur ses roues motrices, une charge par essieu supérieure à celle de Sans Pareil, même si le 0-4-0 était globalement plus lourd de 5 tonnes, et officiellement disqualifié pour avoir dépassé la limite des 4 1⁄2 tonnes. Les premiers concepteurs de locomotives avaient craint que l’adhérence des roues motrices d’une locomotive soit insuffisante, mais l’expérience passée de Stephenson l’a convaincu que ce ne serait pas un problème, en particulier avec les trains légers du concours d’essais.

Tubes à feu multiples de la chaudièreEdit

La fusée utilise une conception de chaudière multitubulaire. Les chaudières des locomotives précédentes étaient constituées d’un seul tuyau entouré d’eau (bien que la Lancashire Witch ait eu des conduits doubles). La Rocket possède 25 tubes de feu en cuivre qui transportent les gaz d’échappement chauds de la chambre de combustion, à travers la chaudière humide, vers le tuyau de soufflage et la cheminée. Cette disposition a permis d’augmenter considérablement la surface de contact entre le tuyau chaud et l’eau de la chaudière par rapport à un seul grand conduit de fumée. En outre, le chauffage radiant de la chambre de combustion séparée agrandie a contribué à fournir une augmentation supplémentaire de la vapeur et donc de l’efficacité de la chaudière.

L’innovateur original des tubes de feu multiples n’est pas clair, entre Stephenson et Marc Seguin. On sait que Seguin a rendu visite à Stephenson pour observer Locomotion et qu’il a également construit deux locomotives multitubulaires de sa propre conception pour le chemin de fer Saint-Étienne-Lyon avant Rocket. La chaudière de Rocket était de la forme la plus développée, avec la chambre de combustion séparée et un tuyau de soufflage pour le tirage, plutôt que les ventilateurs encombrants de Seguin, mais Rocket n’était pas la première chaudière multitubulaire, bien qu’on ne sache pas exactement de qui elle était l’invention.

Les avantages de l’augmentation de la surface du tube de feu avaient également été tentés avec la Nouveauté d’Ericsson et Braithwaite à Rainhill. Leur conception utilisait cependant un seul tube de feu, plié en trois. Cela offrait une plus grande surface, mais seulement au prix d’une longueur proportionnellement plus grande et donc d’un mauvais tirage sur le feu. Sa disposition rendait également le nettoyage des tubes peu pratique.

Les avantages de la chaudière à tubes multiples furent rapidement reconnus, même pour les locomotives de fret lourdes et lentes. En 1830, l’ancien employé de Stephenson, Timothy Hackworth, avait redessiné sa Royal George à tubes de retour comme la classe Wilberforce à tubes de retour.

Tuyau de soufflageModifié

Rocket utilisait également un tuyau de soufflage, alimentant la vapeur d’échappement des cylindres dans la base de la cheminée de manière à induire un vide partiel et à tirer l’air à travers le feu. Le crédit pour l’invention du tuyau d’échappement est contesté, bien que Stephenson l’ait utilisé dès 1814. Le blastpipe a bien fonctionné sur la chaudière multi-tubes de Rocket, mais sur les conceptions antérieures avec un seul conduit à travers la chaudière, il avait créé une telle aspiration qu’il avait tendance à arracher le sommet du feu et à jeter des cendres brûlantes par la cheminée, augmentant considérablement la consommation de carburant.

Cylindres plus proches de l’horizontaleEdit

Comme la Lancashire Witch, Rocket avait deux cylindres placés à un angle par rapport à l’horizontale, les pistons entraînant une paire de roues de 4 pieds 8,5 pouces (1,435 m) de diamètre. La plupart des modèles précédents avaient les cylindres positionnés verticalement, ce qui donnait aux moteurs un mouvement de balancier irrégulier lorsqu’ils avançaient sur la voie. Par la suite, Rocket a été modifié pour que les cylindres soient placés presque à l’horizontale, une disposition qui a influencé presque toutes les conceptions qui ont suivi.

Pistons directement reliés aux roues motricesEdit

Encore comme la Lancashire Witch, les pistons étaient reliés directement aux roues motrices, une disposition que l’on retrouve dans les locomotives à vapeur ultérieures.

Foyer séparéEdit

Le foyer était séparé de la chaudière et avait une double paroi, avec une chemise d’eau entre les deux. Stephenson a reconnu que la partie la plus chaude de la chaudière, et donc la plus efficace pour évaporer l’eau, était celle qui entourait le feu lui-même. Cette chambre de combustion était chauffée par la chaleur rayonnante du coke incandescent, et pas seulement par la convection des gaz d’échappement chauds.

Les locomotives de l’époque de Rocket étaient alimentées au coke plutôt qu’au charbon. Les propriétaires terriens locaux connaissaient déjà les sombres nuages de fumée des moteurs stationnaires alimentés au charbon et avaient imposé à la plupart des nouveaux chemins de fer des règlements selon lesquels les locomotives devaient « consommer leur propre fumée ». La fumée d’un feu de coke était beaucoup plus propre que celle du charbon. Ce n’est que 30 ans plus tard et le développement de la longue chambre de combustion et de l’arc en briques que les locomotives seraient effectivement capables de brûler directement du charbon.

La première chambre de combustion de Rocket était en tôle de cuivre et de forme quelque peu triangulaire vue de côté. La plaque d’égout était en briques réfractaires, peut-être aussi la tête arrière. Lorsqu’il a été reconstruit vers 1831, il a été remplacé par un fond et une plaque de gorge en fer forgé, avec entre eux une enveloppe de tambour (aujourd’hui disparue), présumée être en cuivre. Cela donnait un plus grand volume interne et favorisait une meilleure combustion dans la chambre de combustion, plutôt qu’à l’intérieur des tubes. Ces premières boîtes à feu formaient un espace d’eau séparé du tambour de la chaudière et étaient reliées par des tuyaux de cuivre externes proéminents.

Crédit pour la conceptionModification

Il y a eu des divergences d’opinion sur qui devrait recevoir le crédit pour la conception de Rocket. George Stephenson avait conçu plusieurs locomotives auparavant, mais aucune aussi avancée que Rocket. A l’époque où la Rocket était conçue et construite dans les usines de Forth Banks, il vivait à Liverpool et supervisait la construction du chemin de fer Liverpool et Manchester. Son fils Robert était récemment rentré d’un séjour en Amérique du Sud et avait repris ses fonctions de directeur général de Robert Stephenson and Company. Il était quotidiennement chargé de la conception et de la construction de la nouvelle locomotive. Bien qu’il ait été en contact fréquent avec son père à Liverpool et qu’il ait probablement reçu des conseils de sa part, il est difficile de ne pas attribuer la majorité du mérite de la conception à Robert. Une troisième personne qui pourrait mériter une part importante du crédit est Henry Booth, le trésorier de la Liverpool and Manchester Railway. Il aurait suggéré à Robert Stephenson d’utiliser une chaudière multitubulaire.

Évolution de la conception de la locomotive StephensonEdit

Avant RocketEdit

Rocket a été construite à une époque de développement rapide de la technologie des moteurs à vapeur. Elle était basée sur l’expérience acquise à partir de conceptions antérieures de George et Robert Stephenson, notamment la locomotive Blücher de Killingworth (1814) ; Locomotion (1825) ; et la sorcière de Lancashire (1828).