Sur la photo, un modèle de wagon de chemin de fer introduit sur le chemin de fer Stockton &Darlington. Comment sommes-nous passés d'ici aux trains à grande vitesse ? Images du temps et de la vie/Getty Images Traversant de courtes distances ou des continents entiers, les trains agir comme une forme majeure de transport dans le monde entier. Aussi appelés chemins de fer ou chemins de fer, les trains transportent dans leurs voitures des passagers ou du fret - comme des matières premières, fournitures ou produits finis - et parfois les deux.
De retour avant les idées folles de gens comme les frères Wright, Henry Ford et Gottlieb Daimler, vous aviez des options limitées pour voyager en ville et à la campagne. Les routes pavées ne sillonnaient pas toujours la campagne. Même avec des routes, les véhicules hippomobiles avaient encore du mal à déplacer les personnes et les marchandises, surtout par mauvais temps. Dès 1550, des Allemands pragmatiques ont construit et utilisé des systèmes ferroviaires en bois, le raisonnement selon lequel les chariots et les charrettes tirés par des chevaux pouvaient voyager plus facilement et plus rapidement sur des rails en bois que sur des chemins de terre. À la fin des années 1700, les roues et les rails en fer avaient des roues en bois.
Mais ce n'est que lorsque la locomotive à vapeur a été inventée en 1797 en Angleterre que le chemin de fer tel que nous le connaissons a commencé à prendre forme. La Stockton &Darlington Railroad Company en Angleterre est devenue le premier chemin de fer public à transporter des passagers et du fret. Les locomotives à vapeur transportaient six wagons à charbon et jusqu'à 450 passagers sur une distance de 14 kilomètres en moins d'une heure. Les chevaux ne pouvaient tout simplement pas surpasser cela.
À travers l'océan, la B&O Railroad Company s'est imposée comme la première compagnie de chemin de fer américaine en 1827. En 1860, Les cheminots américains en avaient posé plus de 30, 000 milles (48, 280 kilomètres) de piste, plus que dans le monde entier [source :AAR]. Les chemins de fer servaient de principal mode de transport et permettaient d'expédier des fournitures et des marchandises à bas prix et facilement, même pour les armées de l'Union et confédérées pendant la guerre civile.
Après la guerre civile, le réseau ferroviaire américain s'est à nouveau étendu, et le premier chemin de fer transcontinental du pays a été achevé en 1869. Des villes ont germé le long des lignes de chemin de fer, et le chemin de fer a accéléré l'expansion vers l'ouest. Au début du 20e siècle, Les chemins de fer américains exploités 254, 000 milles (408, 773 kilomètres) de piste. Les locomotives diesel avaient remplacé les locomotives à vapeur.
Mais au milieu du 20e siècle, le déclin des chemins de fer américains avait commencé. Un réseau routier interétatique développé et des réglementations fédérales étendues ont fait des ravages sur les trains. Dans la crise énergétique actuelle, cependant, les trains, qui fonctionnent au diesel et parfois même au biodiesel, pourraient retrouver leur ancienne popularité auprès des passagers alors que nous traversons le 21e siècle.
Ne vous laissez pas dérailler. Restez dans le coin pendant que nous parlons de technologie ferroviaire, comment les trains transportent les personnes et les marchandises, et ce que l'avenir du transport ferroviaire peut nous réserver.
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Quand on dit train, nous ne parlons pas seulement d'un Thomas the Tank Engine. Nous parlons plutôt de l'ensemble :wagons, chemin de fer, commutateurs, signaux et une locomotive, bien que tous les trains ne dépendent pas des locomotives pour les tirer, mais la plupart des trains que nous mentionnerons le font.
Avec les locomotives en tête, suivent des wagons accouplés, rempli de fret et de passagers - même des animaux de cirque dans certains cas. La voie ferrée dirige le train et fait quelques autres choses dont nous parlerons plus tard. Parce que de nombreux trains circulent sur la même voie, des commutateurs et des signaux contrôlent le trafic. Décomposons-le.
Le travail du locomotive consiste à changer l'énergie chimique du combustible (bois, charbon, diesel) en énergie cinétique du mouvement. Les premières locomotives faisaient cela avec un moteur à vapeur, sur lequel vous pouvez en savoir plus dans Comment fonctionne la technologie Steam. Les locomotive à vapeur a duré environ un siècle, mais a finalement été remplacé par le locomotive diesel , une merveille mécanique puissante qui peut consister en un moteur géant avec des alternateurs ou des générateurs électriques pour fournir de l'énergie électrique au train. En réalité, les locomotives diesel ont leur propre article - Comment fonctionnent les locomotives diesel. De nombreux trains intercalent plusieurs locomotives dans leur gamme pour augmenter et répartir la puissance.
Outre les locomotives à vapeur et diesel, de nombreux trains fonctionnent uniquement à l'électricité. Ils obtiennent l'électricité d'un troisième rail, ou ligne électrique, le long de la piste. Les transformateurs transfèrent la tension des lignes, et le courant électrique entraîne les moteurs (AC ou DC) sur les roues. Les locomotives électriques sont utilisées dans les métros et de nombreux systèmes de trains de banlieue.
Les opérateurs contrôlent le train en utilisant la manette des gaz, marche arrière et frein. Les Manette de Gaz contrôle la vitesse de la locomotive. Les marche arrière permet à la locomotive de reculer. Les frein permet à la locomotive de ralentir et de s'arrêter. Quel que soit le type, les locomotives utilisent des freins à air et des freins à main pour arrêter le moteur. Les freins à air utilisent de l'air à haute pression pour entraîner le pied de frein contre la roue. La friction entre la plaquette de frein et les roues ralentit les mouvements des roues. L'opérateur ralentit également le moteur pour ralentir le train, comme lorsque vous retirez votre pied de la pédale d'accélérateur lorsque vous arrêtez votre voiture. Un frein à main mécanique est également utilisé en cas de défaillance des freins à air (généralement lorsque la pression d'air est insuffisante pour les entraîner).
Toutes les voitures de chemin de fer ont un châssis qui contient des roues et un système de suspension pour amortir le trajet. A chaque extrémité du train de roulement, coupleurs , qui sont comme des crochets, connecter les voitures.
Ce qui se trouve sur le train de roulement dépend du type de wagon, et il y en a plusieurs.
Continuez votre lecture pour en savoir plus sur ce qui guide les trains lors de leurs voyages.
Les traverses de ces voies ferrées près du Queensland, Australie, sont en bois, et les rails qui s'étendent au loin semblent être en acier. Tim Graham/Getty Images Les voies ferrées guident le train, agissant comme la surface à faible friction sur laquelle circule le train et transférant souvent le poids du train au sol en dessous. La voie peut également fournir de l'énergie électrique le long du troisième rail, comme vous vous en souviendrez.
Une voie ferrée se compose de deux rails en acier parallèles placés à une distance fixe l'un de l'autre, appelé le jauge . La jauge standard est de 4 pieds 8,5 pouces (1, 435 millimètres). Les rails sont reliés entre eux par chemin de fer liens (appelés dormeurs en Europe), qui peut être en bois ou en béton. Les rails sont généralement boulonnés aux traverses. Les attaches sont fixées dans le gravier meuble ou ballast . Le ballast se compose souvent de pierres en vrac qui aident à transférer la charge à la fondation sous-jacente. Les traverses « flottent » sur le ballast et le poids de la voie les maintient stabilisées.
Lorsque les cheminots posent des voies ferrées, ils utilisent souvent un rail en acier à fond plat qui ressemble aux poutres en I de construction en acier. Le rail a une large base ou pied, une toile étroite et une tête (plus large que la toile, mais pas aussi large que le pied). Le poids des rails varie de 80 à 160 livres (36 à 73 kilogrammes) par yard selon le type de train circulant sur les voies et le pays. Des tronçons de voie ferrée peuvent être reliés entre eux par des plaques boulonnées appelées éclisses, mais la plupart des segments de rail modernes sont soudés ensemble pour offrir une conduite en douceur.
Sous les rails, la voie est parfois amortie ou ballastée. La fondation peut être en sable ou en béton. Dans de nombreux cas, les voies ferrées sont surélevées au-dessus du sol environnant et disposent de systèmes de drainage pour évacuer l'eau. Ils peuvent également être entourés de clôtures pour empêcher les animaux et les personnes d'errer sur les voies. Finalement, les trains électriques auront soit un troisième rail d'alimentation ou des fils en surplomb qui fournissent l'électricité.
Les voies en acier peuvent être droites ou incurvées pour diriger le train, car l'acier est facilement plié en forme. Selon la topographie, certaines courbes peuvent être légèrement inclinées ou inclinées pour aider le train à rester sur la voie pendant qu'il négocie la courbe. A divers endroits le long de la piste, les rails peuvent avoir commutateurs , qui peut déplacer un train d'une voie à une autre. Les aiguillages et la voie d'accompagnement sont importants pour contrôler le trafic. Par exemple, lorsque deux trains circulent sur la même voie, un aiguillage peut permettre à un train de s'arrêter sur une voie d'attente pendant que l'autre passe. Un aiguillage peut également changer la direction d'un train, comme le déplacer d'une voie nord-sud à une voie est-ouest. De nombreuses gares ont gares de commutation où les trains sont assemblés et déplacés sur différentes voies.
Finalement, signaux le long des voies, informez les opérateurs ferroviaires des conditions de circulation à venir. Les signaux contrôlent la circulation des trains tout comme les feux de circulation contrôlent la circulation automobile sur les routes. Outre les signaux, de nombreuses locomotives sont équipées de radios et de terminaux informatiques qui surveillent les conditions de circulation à l'aide des informations fournies par les centres de signalisation, qui sont similaires aux stations de contrôle du trafic aérien.
Maintenant que nous avons la mécanique en panne, Voyons comment ils s'assemblent pour déplacer des colis et des personnes.
Jauges et chars de trainUn mythe populaire est que l'écartement standard du train était basé sur la largeur du char romain. C'est faux, d'autant plus que les Romains n'utilisaient pas de chars pour transporter des marchandises et des fournitures. L'écartement standard du train de 4 pieds 8,5 pouces (1, 435 millimètres) a été choisi par l'inventeur britannique George Stephenson, qui a conçu le premier système ferroviaire. Stephenson avait travaillé avec divers chemins de fer utilisés dans les mines britanniques et a opté pour ce qui est maintenant l'écartement standard.
Les wagons de minerai à toit ouvert de ce train de marchandises du Wyoming sont remplis de charbon, une charge commune pour les chemins de fer de fret. Michael Melford/Getty Images Les chemins de fer sont peut-être le moyen le moins cher de transporter des marchandises par voie terrestre. Selon l'Association des chemins de fer américains (AAR), le système de trains de marchandises américain est le leader mondial en volume de trafic, quantité de fret transporté, revenus, abordabilité, miles de voies et d'autres mesures.
Les chemins de fer de fret américains comprennent les catégories suivantes :
[source :AAR]
Les chemins de fer de fret transportent beaucoup de choses, mais le poste le plus courant est le charbon pour les centrales électriques (44 % de tonnage et 21 % de chiffre d'affaires). Produits chimiques, produits de la ferme, minéraux non métalliques, les expéditions mixtes et autres marchandises constituent les principales catégories. En 2007, Les chemins de fer de classe I ont transporté plus de 1,9 milliard de tonnes (1,7 milliard de tonnes métriques) de fret et ont gagné environ 53 milliards de dollars. Les chemins de fer de fret gagnent de l'argent en fonction du poids du fret et de la distance parcourue. L'industrie utilise le tonne-mile comme unité de base, et les chemins de fer de classe I ont transporté plus de 1,7 billion de tonnes-milles en 2007 [source :AAR].
Aux États-Unis, les compagnies de chemin de fer elles-mêmes possèdent les voies ferrées. Les concessions de terres par le gouvernement fédéral aux chemins de fer dans les années 1800 ont permis aux chemins de fer de posséder les voies. Par ailleurs, Les compagnies de chemin de fer de fret américaines sont détenues et exploitées par des intérêts privés, sans subventions gouvernementales. Alors que les chemins de fer possèdent certains des milliers de wagons de marchandises utilisés, les constructeurs automobiles et autres expéditeurs en possèdent la plupart.
Les leaders internationaux des chemins de fer de fret sont les États-Unis, Russie et Chine. Contrairement aux États-Unis, Les chemins de fer européens appartiennent pour la plupart à l'État. Ils transportent principalement des passagers et, à un degré bien moindre, cargaison. Cependant, cette configuration est en train de changer, et le transport de fret devient de plus en plus important. Les chemins de fer européens ne gagnent pas autant d'argent en transportant du fret que leurs homologues américains. Leur situation semble être similaire à celle des chemins de fer de fret américains avant l'adoption du Staggers Rail Act de 1980.
A l'avant du passager, cependant, Les chemins de fer européens ont des millions de mètres d'avance, comme vous le lirez ensuite.
Staggers Rail Act de 1980Avant 1980, Les chemins de fer américains étaient fortement réglementés par le gouvernement fédéral, qui fixent les frais que les chemins de fer pourraient facturer, parmi de nombreux autres règlements. Dans les années 1970, les chemins de fer étaient presque en faillite. Le Congrès pouvait soit déréglementer les chemins de fer, soit les nationaliser. Les législateurs ont opté pour le premier. Le Staggers Rail Act de 1980 a donné aux chemins de fer la liberté de déterminer les itinéraires de transport, fixer des tarifs pour le transport de fret et rationaliser les procédures de vente de lignes ferroviaires. La loi a fixé les tarifs maximaux que les chemins de fer pouvaient facturer et des procédures pour empêcher les abus de la part des compagnies de chemin de fer. Depuis l'adoption de la loi, les chemins de fer sont devenus plus compétitifs et ont considérablement augmenté leurs revenus et leur volume de trafic. Il semble que les chemins de fer peuvent être un générateur d'argent.
Le salon du train Coast Starlight d'Amtrak a l'air plutôt confortable, alors pourquoi n'y a-t-il pas plus de gens qui voyagent sur le seul chemin de fer national aux États-Unis ? Lee Foster/Getty Images Au début des voyages en train aux États-Unis, les chemins de fer de fret offraient des services aux passagers, mais n'a pas fait beaucoup d'argent. En 1970, Le Congrès a créé Amtrak pour prendre en charge les services passagers des compagnies de chemin de fer de fret. Amtrak exploite des services de corridor au milieu des principales zones urbaines de la côte est, Midwest et côte ouest. Il propose également des services de cross-country.
Amtrak opère sur des voies appartenant aux chemins de fer hôtes. En réalité, 70 pour cent des itinéraires d'Amtrak appartiennent à des sociétés de fret de classe I. Il dessert plus de 500 destinations dans 46 États. En 2007, Amtrak a transporté 25,8 millions de passagers (en moyenne 70, 000 passagers sur 300 trains par jour).
Amtrak reçoit le fédéral, l'État et le soutien local en échange de l'offre de services aux passagers et aux navetteurs. Malgré le soutien du gouvernement et l'augmentation de l'achalandage, Amtrak n'a pas fait de profit. En 2007, Les dépenses d'Amtrak ont dépassé ses revenus d'environ 1 milliard de dollars. L'une des raisons potentielles de ce manque à gagner est le fait qu'Amtrak fait face à une forte concurrence de la part des automobiles et des compagnies aériennes, mais plus à ce sujet plus tard.
En revanche, Les systèmes ferroviaires européens sont principalement consacrés au trafic de passagers. La plupart des chemins de fer européens appartiennent à l'État. En 1959, le groupe Eurail a été créé pour faire face à l'augmentation de la charge touristique. L'organisation coordonne et commercialise le trafic ferroviaire de voyageurs entre 30 pays européens. Le réseau européen relie la plupart des villes européennes. Les trains à grande vitesse d'Eurail sont devenus compétitifs par rapport aux compagnies aériennes et sont plus efficaces que les automobiles.
Russie, Chine, Corée, Le Japon et l'Australie proposent également des services ferroviaires voyageurs. Chaque pays dispose d'un vaste réseau ferroviaire pour les déplacements des passagers. Par ailleurs, le réseau ferroviaire européen est relié aux chemins de fer qui se rendent en Chine, Inde et Asie du Sud-Est. Cependant, tous les pays ou continents n'ont pas établi de réseaux ferroviaires internationaux. Ni l'Afrique, ni l'Amérique centrale ou l'Amérique du Sud ne possèdent de tels réseaux. Et tandis que le Mexique, Pérou, Brésil, L'Afrique du Sud et le Maroc ont des trains, ces trains circulent sur des voies situées uniquement dans ces pays.
Nous ne pouvons pas terminer cette page en mentionnant quelques-uns de nos célèbres trains de voyageurs préférés.
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Vous prévoyez de voir le monde en train ?Envisagez-vous de faire un voyage en train à l'intérieur des États-Unis? Vous pouvez vous renseigner sur les itinéraires, des horaires, et réservations en ligne sur la page d'accueil d'Amtrak. Si vous êtes à destination de l'Europe, vous voudrez peut-être consulter les itinéraires et les horaires des passagers d'Eurail, ainsi que les réservations, sur la page d'accueil d'Eurail.
Les trains à grande vitesse comme le TGV français pourraient dominer les rails à l'avenir, mais parfois ils se retrouvent dans des épaves spectaculaires, trop, tout comme un vieux train ordinaire. Michael Dunning/Getty Images Le succès du système ferroviaire de fret américain a montré que le transport de marchandises par chemin de fer peut être économique, efficace et rentable. Les trains sont une partie essentielle de l'infrastructure d'un pays, alors à quoi ressemble leur avenir ?
L'avenir du transport ferroviaire sera dicté par le prix et la disponibilité du pétrole, la détermination des gouvernements à trouver des modes de déplacement alternatifs et la demande du public pour des transport rapide. Par exemple, Le trafic ferroviaire de passagers élevé en Europe était en partie attribuable à des précédents historiques et au prix de l'essence. Il s'est amélioré avec les progrès des trains à grande vitesse et des lignes ferroviaires dédiées aux passagers.
Aux Etats-Unis, le trafic ferroviaire de voyageurs n'a pas progressé pour plusieurs raisons :
Cependant, à mesure que les prix du pétrole augmentent, Les Américains chercheront des moyens alternatifs pour les voyages longue distance, et les trains sont un bon candidat.
Mais rééquiper les chemins de fer américains pour le trafic de passagers ne sera pas facile. Par exemple, les voyageurs voudront très probablement des trains à grande vitesse comme ceux d'Europe et du Japon. Mais les trains à grande vitesse sont coûteux à construire et à entretenir. Ils fonctionnent également mieux sur les chemins de fer dédiés aux passagers. Par ailleurs, les chemins de fer doivent atteindre plus de villes et de destinations qu'ils ne le font actuellement. Donc, faire des chemins de fer une forme majeure de transport de passagers nécessitera des investissements pour étendre et améliorer les systèmes ferroviaires. Reste à savoir si cette expansion sera effectuée par le gouvernement ou par des entreprises privées. Et cela n'arrivera probablement pas tant que la demande publique de transport ferroviaire de passagers n'augmentera pas.
Les nouvelles technologies telles que la lévitation magnétique ou les trains maglev peuvent augmenter encore plus la vitesse des trains. Ces trains n'ont pas de roues mais circulent plutôt sur des rails magnétiques supraconducteurs, mais ils sont coûteux à construire et à entretenir.
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