La locomotive à vapeur Big Boy

1. Présentation

À l'époque des locomotives à vapeur, la Big Boy se distinguait par sa taille imposante et ses constructeurs lui attribuèrent donc se surnom ("Grand Garçon"). Elle demeure la plus grande et la plus puissante locomotive jamais construite à son époque.

Utilisée pour le fret entre 1940 et 1959, son exploitant - l'Union Pacific (UP) - rencontrait des difficultés sur la portion montagneuse de sa ligne entre Cheyenne et Laramie (Wyoming) en raison de fortes pentes. Elles obligeaient l'attelage de plusieurs locomotives tels que les modèles K4 aux longs convois, ce qui s'vèrait coûteux en carburant et en personnel.

Pour résoudre ce problème, l'UP conçut un géant des rails : la locomotive la plus massive et puissante de l'histoire ferroviaire.

2. Caractéristiques techniques principales

Construites par ALCO (American Locomotive Company), une société fondée le 24 juin 1901 et issue de la fusion de plusieurs constructeurs américains, elles intègrent le savoir-faire des entreprises suivantes :

• Schenectady Locomotive Works (Schenectady, New York, 1851)
• Manchester Locomotive Works (Manchester, New Hampshire, 1856)
• Dickson Manufacturing Company (Scranton, Pennsylvanie, 1862)
• Rhode Island Locomotive Works (Providence, Rhode Island, 1866)
• Pittsburgh Locomotive and Car Works (Pittsburgh, Pennsylvanie, 1867)
• Brooks Locomotive Works (Dunkirk, New York, 1869)
• Danforth-Cooke Locomotive and Machine Works (Paterson, New Jersey, 1882)
• Richmond Locomotive Works (Richmond, Virginie, 1886)

ALCO racheta également le Montreal Locomotive Works (MLW) en 1904, puis Rogers Locomotive Works (New Jersey, 1837) en 1905. Rogers était alors le deuxième constructeur ferroviaire américain, derrière Baldwin Locomotive Works.

Deux séries de Big Boy distinctes furent produites :

• Les modèles 4000-4019 (1941-1942)
• Les modèles 4020-4024 (1944)

Lors d'essais en avril 1943, les modèles à partir du 4016 révélèrent une puissance d'attelage de 8 000 chevaux, une vitesse maximale de 128 km/h et une capacité à tracter des trains de 4 300 tonnes à travers les montagnes Rocheuses. Leur consommation s'élevait à 80 m³ d'eau et 11.4 tonnes de charbon pour 100 km. Pour assurer leur ravitaillement, elles étaient équipées de tenders à 7 essieux.

Type : Whyte 4-8-8-4
Classification UIC : (2′D)D2′ h4g

• Écartement des voies : 1 435 mm (voie normale)
• Diamètres des roues :
  • Avant : 914 mm
  • Motrices : 1 727 mm
  • Arrière : 1 067 mm
• Rayon de courbure minimal : 88 m (soit un angle de 20°
• Empattement :
  • Locomotive seule : 25.99 m
  • Total (locomotive + tender) : 40.47 m
  • Largeur : 3.35 m
  • Hauteur : 4.94 m
• Masse de la locomotive :
  • 4884-1 : 345 640 kg
  • 4884-2 : 350 290 kg
• Masse du tender :
  • 4884-1 : 193 910 kg
  • 4884-2 : 197 990 kg
• Masse totale en ordre de marche :
  • 4884-1 : 539 550 kg
  • 4884-2 : 548 280 kg
• Carburant : Charbon, sauf la locomotive n° 4014 convertie au fioul lourd
• Capacité en carburant : 25.4 tonnes ( tonnes courtes)
• Capacité en eau :
  • 4884-1 : ~90 850 litres
  • 4884-2 : ~94 635 litres
• Consommation maximale :
  • Jusqu'à 10 tonnes de charbon/heure
  • Jusqu'à 45 425 litres d'eau/heure
• Pression de chaudière : 2.07 MPa
• Surface de grille : 14 m²
• Surface de chauffe totale :
  • 4884-1 : 547 m²
  • 4884-2 : 533 m²
• Surchauffeur :
  • Type E (4884-1) : 229 m²
  • Type A (4884-2) : 190 m²
• Cylindres : 4 (alésage × course : 603 × 813 mm)
• Distribution : Walschaerts à soupapes à piston
• Freinage :
  • Pneumatique (locomotive et train)
  • Système de sécurité : signaux en cabine

Les Big Boy sont des locomotives articulées dotées d'un système breveté en 1884 par l'ingénieur franco-suisse Anatole MALLET, qui leur donna leur nom.
La Big Boy est dotée du système compound ("composé" si l'on traduit de l'anglais), un principe qui réutilise la vapeur après une première utilisation.

3. Une locomotive de classe 1

Les chemins de fer américains sont classés en trois catégories par l'Association of American Railroads (AAR), selon leur chiffre d'affaires annuel :

Classe I ("Class I Railroads")

• Revenu annuel : ≥ $505.7 millions (seuil 2021, ajusté chaque année).
• Caractéristiques : réseaux nationaux/internationaux, trafic longue distance.
• Exemples :
  • Amtrak (transport de voyageurs)
  • Burlington Northern Santa Fe Railway
  • Canadian National (CN)
  • Canadian Pacific Railway
  • CSX Transportation (CSXT)
  • Ferromex
  • Grand Trunk Corporation (GTC)
  • Kansas City Southern Railway (KCS)
  • Norfolk Southern Railway (NSR)
  • Soo Line Railroad
  • Union Pacific Railroad (UP)
    Avec 52 838 km de voies, l'UP possède le réseau le plus étendu des États-Unis. En 2007, elle comptait 6 900 locomotives (d'un âge moyen de 15 ans), 62 900 wagons (souvent vieux de plus de 20 ans) et
    50 000 employés).
  • VIA Rail (passagers).

Classe II ("Regional Railroads"

• Revenu annuel : Entre $40.5 millions et $505.7 millions
• Caractéristiques : opérations régionales, parfois sous-traitantes des Class I
• Exemples : Iowa Interstate Railroad, Montana Rail Link

Classe III ("Shortline Railroads"

• Revenu annuel : < $40.5 millions
• Caractéristiques : Lignes locales, trafic court, souvent héritières de branches abandonnées par les Class I
• Exemples : Strasburg Rail Road (Pennsylvanie), Texas State Railroad

4. Transport de marchandises

Les locomotives Big Boy étaient exploitées pour :

• Les produits agricoles
• Les automobiles
• Les produits chimiques
• Le charbon
• Les matériaux industriels (notamment de construction)
• Les conteneurs et remorques routières

5. Les locomotives aujourd'hui préservées

La dernière circulation officielle d'une Big Boy remonte au 21 juillet 1959. Huit locomotives ont été préservés :

6. Retour sur la compagnie de l'Union Pacific (UP)

Fondée en 1862, l'Union Pacific Railroad Company (UP) est une filiale d'Union Pacific Corporation et l'une des sept grandes compagnies ferroviaires d'Amérique du Nord (États-Unis, Canada, Mexique).

Au XIX^e siècle, l'UP participa à la construction de la première ligne transcontinentale, rivalisant avec la Central Pacific pour poser le plus de voies. Les deux entreprises recevaient du gouvernement 16 000 à 48 000 dollars par mile construit. Sous la direction du général Grenville M. Dodge, l'UP relia finalement l'est et l'ouest des États-Unis.

Aujourd'hui, son réseau dessert 23 États du centre et de l'ouest du pays, connectant les ports du Pacifique et du golfe du Mexique, tout en croisant les réseaux mexicain et canadien :

1. Arizona
2. Arkansas
3. Californie
4. Colorado
5. Idaho
6. Illinois
7. Iowa
8. Kansas
9. Louisiane
10. Minnesota
11. Missouri
12. Montana
13. Nebraska (siège social à Omaha)
14. Nevada
15. Nouveau-Mexique
16. Oklahoma
17. Oregon
18. Tennessee
19. Texas
20. Utah
21. Washington
22. Wisconsin
23. Wyoming

7. Le système Whyte

La notation Whyte (ou système Whyte) est une méthode de classification des locomotives à vapeur, basée sur la disposition de leurs roues, popularisée au début du XX^e siècle par Frederick Methvan Whyte, ingénieur américain d'origine néerlandaise.

La notation Whyte décrit la configuration des roues en trois parties (séparées par des tirets) :

• Roues porteuses avant (non motrices, pour la stabilité
• Roues motrices accouplées (entraînées par les cylindres)
• Roues porteuses arrière (soutien du foyer et de la cabine)

Exemples :

• 4-6-2 : 4 roues avant, 6 roues motrices, 2 roues arrière dite de type "Pacific".
• 2-8-0 : 2 roues avant, 8 roues motrices, pas de roues arrière dite de type "Consolidation".
• 4-8-8-4 (Big Boy) : 4 roues avant, deux groupes de 8 roues motrices, 4 roues arrière , soit une locomotive articulée

Cas particuliers :

• Locomotives articulées (comme la Big Boy) : On répète les roues motrices si elles sont sur deux trucks séparés (ex. 4-8-8-4)
• Locos-tender (sans chariot porteur arrière) : La dernière partie est un "0" (ex. 0-6-0)
• Turbines à vapeur ou autres systÈmes : La notation Whyte ne s'applique pas toujours

Limites : ne s'applique qu'aux locomotives à vapeur (pas aux diesels/électriques). Ce système reste malgré tout le plus utilisé pour décrire les locomotives à vapeur, surtout aux États-Unis et au Royaume-Uni.

8. Portrait d'Anatole MALLET : un carougeois qui s'exporte (1837–1919)

• Nationalité : suisse (né à Carouge (Genève), il fera carrière en France et s'y naturalisera).
• Domaine d'expertise : ingénieur en mécanique spécialisé dans les locomotives à vapeur.
• Invention majeure : système dit compound Mallet (1884), soit un dispositif à double expansion (haute et basse pression) servant à améliorer l'efficacité énergétique des locomotives à vapeur adapté aux trains de fret et aux voies étroites/montagneuses (écartement à voie métrique).
• Autres contributions :
  • Brevets sur les systèmes articulés (permettant aux locomotives de négocier des courbes serrées).
  • Innovations en transmission de puissance pour les machines industrielles.