Locomotive de Pen-y-Darren

La locomotive de Pen-y-Darren est la deuxième locomotive ferroviaire jamais construite. Conçue par Richard Trevithick, elle a tiré le premier train motorisé de l'histoire, le 21 février 1804, sur la ligne reliant la mine de fer de Pen-y-Darren à la localité d'Abercynon.

Cheval de fer de Trevithick

Dessin de 1803 différent de la
locomotive de Pen-y-Darren par son foyer
dangereusement placé côté piston.

Locomotive de Coalbrookdale
Type	Locomotive à vapeur
Concepteur	R. Trevithick
Mise en service	1802
Service commercial	Non (accident)

Caractéristiques techniques
Disposition des essieux	OO + T
Voie	Rails en fer
Écartement	1270 mm ?
Cylindres	1
Alésage × course	Ø114 * 914 mm

Locomotive de Pen-y-Darren
Exploitant(s)	Merthyr Tydfil Tramroad
Type	Locomotive à vapeur
Mise en service	1804
Service commercial	Non (trop lourde pour la voie)

Caractéristiques techniques
Disposition des essieux	oO + T
Voie	Épaulée
Écartement	1321 mm
Pression de la chaudière	0.28 MPa
Cylindres	1
Alésage × course	Ø210 * 1372 mm
Masse totale	5 t
Vitesse maximale	> 6 km/h

Locomotive de Wylam
Exploitant(s)	Houillère Wylam
Type	Locomotive à vapeur
Mise en service	1805
Service commercial	Non (trop lourde pour la voie)

Caractéristiques techniques
Disposition des essieux	OO + T
Voie	Rails en bois
Écartement	1524 mm
Cylindres	1
Alésage × course	Ø178 * 914 mm
Masse totale	4.5 t

Ce n'est probablement pas la première locomotive à circuler sur voie ferrée. Elle fait suite à un prototype de Richard Trevithick, qui aurait roulé en 1802 sur la voie[1] de la mine de fer de Coalbrookdale, Staffordshire. L'essai s'est terminé par un accident qui a donné lieu à une enquête. C'est le 13 février 1804[2], qu'est essayée la locomotive de Pen-y-Darren. Elle dérive de la première locomotive, mais son tube-foyer s'ouvre logiquement côté volant et non côté piston[3] ; il se peut que seul son essieu arrière était moteur[4].

Cette locomotive est encore d'une technologie simple. Elle comprend une chaudière à haute pression en fonte (Ø1295 * 1829 mm) à tube-foyer en U, montée sur un châssis à 2 essieux. À l'avant de la locomotive, un cylindre unique est implanté horizontalement dans la chaudière. Le piston, de course importante, est guidé par une triple glissière, dans un dispositif qui évoque un trombone géant. Il entraîne au moyen de deux bielles, une roue d'inertie de 8 pieds de diamètre (2438 mm) implantée sur un côté à l'arrière de la machine. L'inertie de cette roue permet de lisser les à-coups du piston. Le mouvement est transmis à une roue dentée centrale laquelle entraîne à son tour l'essieu arrière. La locomotive avance de 2.743 m par coup de piston[5]. L'échappement est redirigé vers la cheminée[5], un procédé important pour améliorer le tirage et donc la puissance, que Trevithick n'a pas pensé à breveter.

Le 21 février 1804, elle a remorqué 10 tonnes de fer et cinq wagons chargés de 70 hommes sur une voie longue de 15 kilomètres, à une vitesse de 6 à 8 km/h. Le trajet dura quatre heures et cinq minutes (soit 3.9 km/h de moyenne), et ce malgré des difficultés techniques[6], liées notamment au gabarit de la locomotive. De plus, la voie de l'époque, constituée de plaques de fonte à épaulement interne (voie à ornières en L, en anglais tramroad ou plateway)[7], se brisait sous le poids de la locomotive[8]. Ceci explique que cette locomotive ne parvint pas à supplanter la traction hippomobile, même après avoir tiré un train de 25 tonnes de fer le 4 mars 1804.

Une autre locomotive a été construite en 1805 sur une commande de Christopher Blackett pour la mine de charbon de Wylam, Northumberland ; mais là encore, elle s'est avérée trop lourde pour la voie à rails en bois.

Une dernière initiative de Richard Trevithick pour relancer l'idée de la traction à vapeur aura lieu en 1808 avec la M’attrape qui peut !, une locomotive à cylindre vertical entraînant les roues avant.

Réplique présumée de la locomotive de Pen-y-Darren (1804), adaptée aux voies actuelles.

Préservation

Une réplique fonctionnelle de la locomotive de Pen-y-Darren est exposée au National Waterfront Museum de Swansea. Une autre correspondant au dessin de l'époque de Coalbrookdale se trouve au Blist Hill Museum d'Ironbridge.

Notes et références

équipée d'après certains de rails saillants en fer d'écartement 4'2" (1270 mm), en usage à Coalbrookdale. On ne peut toutefois exclure que le dessin de 1803 corresponde exactement à la locomotive de Coalbrookdale ; dans ce cas il s'agit d'une voie à épaulement interne dite de « 3 pieds » (largeur de guidage (intérieur des roues) 3'2" soit 965 mm).
Le mercredi 15 février 1804, Richard Trevithick écrit : Last saturday [le 11] we lighted the fire in the Tram Waggon and work'd it without the wheels to try the engine; on Monday we put it on the Tram Road. It work'd very well, and ran up hill and down with great ease and very managable. We have plenty of steam and power. I expect to work it again tomorrow. Ce voyage, le 13 février, est le premier de l'histoire ferroviaire.
Le piston de la locomotive de 1802 aurait été implanté au-dessus du foyer à en juger par le seul dessin conservé de cette époque, datant de 1803 et dont on ne sait pas s'il s'agit de la locomotive de Coalbrookdale ou d'un autre projet ; la locomotive dessinée roule sur une voie épaulée de 3' ; autres caractéristiques de la locomotive dessinée : roues et course de 3' ; volant de 7'.
Thèse défendue par TWINING, E. W. The first railway locomotive. Rly Mag. vol. 97 (1951) pp. 197–201
Le 20 février 1804, Richard Trevithick écrit : The Tram Waggon have been at work several times. It works exceeding well, and is much more managable than horses. We have not try'd to draw but ten tons at a time yet, but I dought not but we cou'd draw 40 tons at a time very well for 10 tons stands no chance at all with it. We have not been but two miles on the road and back again (…) The engine moves forth 9 feet every stroake [2.74 m par coup et 6.6 km/h]. The publick is much taken up with it. The bet of 5 Hund'd Guineas will be desided abt the end of this Week (…) The steam thats disscharged from the engine is turned up the chimney abt 3 feet above the fire, and when the engine is working 40 St pr mt, 4½ ft Stroake, Cylinder 8¼ In Diam, not the smallest particle of steam appears out of the top of the chimny, tho' the Chimny is but 8 feet above where the steam is delivered into it, neither is any steam at a distance nor the smallest particle of water to be found. I think its made a fix'd air from the heat of the Chimny. The fire burns much better when the steam goes up the Chimney that what it do when the engine is Idle. I intend to make a smaller engine for the road, as this has much more power than is wanted here. This engine is to work a hammer…
Le 22 février 1804, Richard Trevithick écrit : Yesterday, we proceeded on our journey with the engine; we carry'd ten tons of Iron, five waggons, and 70 Men riding on them the whole of the journey. Its above 9 miles which we perform'd in 4 hours & 5 mints, but we had to cut down som trees and remove some Large rocks out of road. The engine, while working, went nearly 5 miles per hour; there was no water put into the boiler from the time we started untill we arriv'd at our journey's end. The coal consumed was 2 Hund^d. On our return home, abt 4 miles from the shipping place of the Iron, one of the small bolts that fastened the axel to the boiler broak, and let all the water out of the boiler, which prevented the engine returning untill this evening. The Gentleman that bet five Hund^d Guineas against it, rid the whole of the journey with us and is satisfyde that he have lost the bet. We shall continue to work on the road, and shall take forty tons the next journey. The publick untill now call'd mee a schemeing fellow but now their tone is much alter'd.
La voie a été construite en 1800 par George Overton qui la décrit ainsi en 1825 : I completed a tramway from the bottom of an inclinated plane near Dowlais Works to the navigation house on the Glamorganshire Canal, a distance of upwards of nine miles, the fall in some parts of the road being upwards of one inch per yard [1/36=2.8%], and on the remainig portion varying from two to six inches per chain [2.5‰ à 7.6‰]. (…) The (…) road is 4 feet 2 inches wide. Cette largeur de 4 pieds et 2 pouces (1472 mm) est en fait la distance entre les faces internes de la voie et non la voie des véhicules qui est plus grande.
Interview de Rees Jones dans le Mining Journal en octobre 1858 : I assisted Mr. Trevithick in the making of his locomotive. She worked very well; but frequently her weight broke the tram-plates. On the third journey she broke a great many of the tram-plates. She was brought back to Penydarren by horses. The engine was never used as a locomotive after this.

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[RTb-1] équipée d'après certains de rails saillants en fer d'écartement 4'2" (1270 mm), en usage à Coalbrookdale. On ne peut toutefois exclure que le dessin de 1803 corresponde exactement à la locomotive de Coalbrookdale ; dans ce cas il s'agit d'une voie à épaulement interne dite de « 3 pieds » (largeur de guidage (intérieur des roues) 3'2" soit 965 mm).

[2] Le mercredi 15 février 1804, Richard Trevithick écrit : Last saturday [le 11] we lighted the fire in the Tram Waggon and work'd it without the wheels to try the engine; on Monday we put it on the Tram Road. It work'd very well, and ran up hill and down with great ease and very managable. We have plenty of steam and power. I expect to work it again tomorrow. Ce voyage, le 13 février, est le premier de l'histoire ferroviaire.

[3] Le piston de la locomotive de 1802 aurait été implanté au-dessus du foyer à en juger par le seul dessin conservé de cette époque, datant de 1803 et dont on ne sait pas s'il s'agit de la locomotive de Coalbrookdale ou d'un autre projet ; la locomotive dessinée roule sur une voie épaulée de 3' ; autres caractéristiques de la locomotive dessinée : roues et course de 3' ; volant de 7'.

[4] Thèse défendue par TWINING, E. W. The first railway locomotive. Rly Mag. vol. 97 (1951) pp. 197–201

[RT20-5] Le 20 février 1804, Richard Trevithick écrit : The Tram Waggon have been at work several times. It works exceeding well, and is much more managable than horses. We have not try'd to draw but ten tons at a time yet, but I dought not but we cou'd draw 40 tons at a time very well for 10 tons stands no chance at all with it. We have not been but two miles on the road and back again (…) The engine moves forth 9 feet every stroake [2.74 m par coup et 6.6 km/h]. The publick is much taken up with it. The bet of 5 Hund'd Guineas will be desided abt the end of this Week (…) The steam thats disscharged from the engine is turned up the chimney abt 3 feet above the fire, and when the engine is working 40 St pr mt, 4½ ft Stroake, Cylinder 8¼ In Diam, not the smallest particle of steam appears out of the top of the chimny, tho' the Chimny is but 8 feet above where the steam is delivered into it, neither is any steam at a distance nor the smallest particle of water to be found. I think its made a fix'd air from the heat of the Chimny. The fire burns much better when the steam goes up the Chimney that what it do when the engine is Idle. I intend to make a smaller engine for the road, as this has much more power than is wanted here. This engine is to work a hammer…

[6] Le 22 février 1804, Richard Trevithick écrit : Yesterday, we proceeded on our journey with the engine; we carry'd ten tons of Iron, five waggons, and 70 Men riding on them the whole of the journey. Its above 9 miles which we perform'd in 4 hours & 5 mints, but we had to cut down som trees and remove some Large rocks out of road. The engine, while working, went nearly 5 miles per hour; there was no water put into the boiler from the time we started untill we arriv'd at our journey's end. The coal consumed was 2 Hund^d. On our return home, abt 4 miles from the shipping place of the Iron, one of the small bolts that fastened the axel to the boiler broak, and let all the water out of the boiler, which prevented the engine returning untill this evening. The Gentleman that bet five Hund^d Guineas against it, rid the whole of the journey with us and is satisfyde that he have lost the bet. We shall continue to work on the road, and shall take forty tons the next journey. The publick untill now call'd mee a schemeing fellow but now their tone is much alter'd.

[7] La voie a été construite en 1800 par George Overton qui la décrit ainsi en 1825 : I completed a tramway from the bottom of an inclinated plane near Dowlais Works to the navigation house on the Glamorganshire Canal, a distance of upwards of nine miles, the fall in some parts of the road being upwards of one inch per yard [1/36=2.8%], and on the remainig portion varying from two to six inches per chain [2.5‰ à 7.6‰]. (…) The (…) road is 4 feet 2 inches wide. Cette largeur de 4 pieds et 2 pouces (1472 mm) est en fait la distance entre les faces internes de la voie et non la voie des véhicules qui est plus grande.

[8] Interview de Rees Jones dans le Mining Journal en octobre 1858 : I assisted Mr. Trevithick in the making of his locomotive. She worked very well; but frequently her weight broke the tram-plates. On the third journey she broke a great many of the tram-plates. She was brought back to Penydarren by horses. The engine was never used as a locomotive after this.