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Un chemin de fer à crémaillère est un mode de transport sur terrain en forte pente.
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L'adhérence limitée des roues en acier sur les rails réduit fortement les pentes admissibles sur les lignes de chemin de fer classique, en général en dessous de 4 %. La limite technique se situe à 16 % sur rail sec (14 % sur rail mouillé). Parmi les lignes ferroviaires en service à pente élevée sans crémaillère, on peut citer celle de la ligne Saint-Gervais-Vallorcine en France avec des rampes de 9 % et celle du tramway de Lisbonne qui comporte des rampes de 13,5 %. Le système à crémaillère permet de franchir des pentes plus fortes.
Comme un chemin de fer classique, un chemin de fer à crémaillère se compose de deux rails parallèles en acier, complétés par un troisième rail denté, placé entre les rails lisses, et destiné à assurer une meilleure adhérence. Sur ce rail denté viennent s'enclencher une ou plusieurs roues motrices, permettant au convoi de gravir des pentes jusqu'à 48 %.
Certaines lignes, généralement courtes, comportent une crémaillère sur toute leur longueur. D'autres, souvent plus longues, ne comportent une crémaillère que sur les sections en forte pente.
Exploités à l'origine avec des locomotives à vapeur, les chemins de fer à crémaillère ont généralement été électrifiés.
Certains manèges de foire utilisent ce système à crémaillère pour faire monter un train composé de wagonnets.
Il doit son nom à l'ingénieur américain Sylvester Marsh. Il a été conçu pour le chemin de fer du Mont Washington, aux États-Unis, en 1869. Une roue dentée verticale s'enclenche sur une sorte d'échelle horizontale composée de barreaux à section ronde.
Il doit son nom à l'ingénieur suisse Niklaus Riggenbach (1817-1899). Il a été conçu pour le chemin de fer du Rigi, en Suisse, en 1871. Une roue dentée verticale s'enclenche sur une sorte d'échelle horizontale composée de barreaux à section carrée.
Il doit son nom à l'ingénieur suisse Emile Strub. C'est le système le plus simple : une roue dentée verticale s'enclenche sur un rail denté de profil proche des rails vignole. Une sorte de pince qui entoure le champignon de la crémaillère, et installée sur les véhicules.
Il doit son nom à l'homme d'affaire suisse Locher-Freuler (1840-1910). Deux roues dentées horizontales s'enclenchent de part et d'autre d'un rail à double denture posé à plat. Ce système a été très peu utilisé mais était directement inspiré du système à rail central. C'est le système qui permet de gravir les pentes les plus élevées (48% pour le train du Pilatus).
Il doit son nom à l'ingénieur suisse Roman Abt (1850-1933). Il se compose de deux ou trois lames parallèles de profil rectangulaire chacune entaillées de dents verticales selon le même pas. Les lames sont posées de manière décalées les unes par rapport aux autres. Ainsi, deux ou trois roues dentées verticales engrènent chacune une lame. Ce système assure une meilleure continuité dans l'effort de traction. voir également le chemin de fer du Mont-Revard en Savoie.
Le système Von Roll a été créé par la compagnie du même nom après l'abandon du laminage des profilés spécifiques utilisés pour fabriquer les crémaillères Strub. La crémaillère est constituée d'une lame unique, de section rectangulaire entaillé de dents verticales. Son profil est semblable à une lame de crémaillère Abt, quoique notablement plus large. Ce type de crémaillère est compatible avec les systèmes Riggenbach et Strub. Ainsi, la ligne des Appenzeller Bahnen de Saint-Gall-Gais-Appenzell (SGA) possède à la fois des sections de crémaillère Strub, Riggenbach et Von-Roll.
La plupart des nouveaux chemins de fer à crémaillère, construits depuis le milieu du XXe siècle, sont équipés du système Von Roll.
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