Si le train perd l'air de son frein, il freine plus tôt

Un train de marchandises de 1 600 tonnes descend un col et son flexible de frein éclate. L'intuition dit que ce train vient de perdre ses freins et qu'il est parti. C'est le contraire qui se produit : il freine. Et il freine plus fort et plus vite que lors d'un freinage normal.

C'est le dessin même, et il a été choisi exprès il y a un siècle et demi. Voici comment cela marche, en cinq étapes :

1. La locomotive porte un compresseur qui envoie de l'air sous pression dans une conduite qui parcourt tout le train, wagon par wagon, raccordée entre les voitures par des flexibles. Sur les trains de marchandises, cette conduite travaille autour de cinq bars : cinq fois la pression de l'air qui t'entoure.

2. Chaque wagon a son propre réservoir d'air, un petit réservoir rempli depuis cette conduite. C'est là que se trouve la force de freinage de ce wagon, stockée et en attente. Elle ne vient pas de la locomotive : elle est déjà sous la voiture.

3. Entre la conduite, le réservoir et le cylindre qui pousse les sabots contre la roue se trouve une pièce appelée valve triple. Son travail est de comparer deux pressions : celle de la conduite et celle du réservoir.

4. Tant que la conduite est pleine, la valve maintient le frein desserré. L'air, ici, ne sert pas à freiner : il sert à NE PAS freiner. C'est l'inverse de ce que fait la pédale d'une voiture.

5. Quand la pression de la conduite baisse, la valve laisse le réservoir du wagon se vider dans le cylindre et le frein s'applique. Si le conducteur baisse la pression un peu, il freine un peu.

Et voici pourquoi une rupture freine avant un conducteur. Quand le conducteur veut freiner, il purge l'air depuis la tête du train et la chute voyage vers l'arrière dans la conduite à environ 250 mètres par seconde ; de plus, la baisse est progressive, puisqu'il la dose. Quand un flexible éclate au milieu du convoi, la conduite se vide à cet endroit à la pression atmosphérique et la chute part dans les deux sens à la fois, depuis le centre. Chaque valve reçoit l'effondrement entier, qui est pour elle l'ordre de freinage d'urgence, et vide le réservoir de son wagon à fond dans son propre cylindre, sans attendre que l'air arrive de la locomotive. Cela règle aussi le troisième défaut du frein de 1869 : la queue ne traîne plus derrière la tête, parce que chaque voiture freine avec l'air qu'elle transportait déjà.

Le plus intéressant, c'est que cela n'a pas été inventé ainsi. George Westinghouse a breveté son premier frein à air le 13 avril 1869, à 22 ans, et c'était précisément le frein que n'importe qui dessinerait : le brevet 88 929 décrit une pompe entraînée par la vapeur de la chaudière, un réservoir sous la locomotive contenant de l'air à quelque 80 livres par pouce carré — environ 5,5 bars — et une conduite amenant cet air aux cylindres des voitures pour pousser les sabots. L'air arrive, le frein serre. On l'a appelé frein direct et ce fut un bond énorme : jusque-là, freiner un train consistait à faire courir plusieurs serre-freins sur les toits pour serrer des volants à la main, voiture par voiture, pendant que le conducteur sifflait.

Il avait trois défauts. Le premier : si la conduite cassait, rien ne freinait. Le deuxième : si un train se coupait dans une côte, les wagons détachés restaient sans air et sans rien pour les retenir. Le troisième, plus lent à repérer : sur un train long, l'air mettait du temps à atteindre les cylindres de queue, et la queue poussait encore quand la tête freinait déjà.

Westinghouse n'a pas amélioré ce frein. Il l'a inversé. Le brevet 124 404, du 5 mars 1872, ajoute un réservoir auxiliaire sur chaque wagon, rempli depuis le principal et utilisable seul ; avec la valve triple, mise au point ces mêmes années, le signal de freinage cesse d'être de l'air qui arrive et devient de l'air qui s'en va. Le résultat a un nom propre en ingénierie : conception à sûreté intégrée, ce que l'anglais appelle fail-safe. La panne déclenche le mécanisme au lieu de le désarmer.

Il vaut la peine de connaître la limite exacte, car elle existe. Ce frein protège contre la rupture et contre le décrochage, qui se produisent en quelques secondes. Il ne protège pas contre une fuite lente : un train à l'arrêt, compresseur éteint, perd de l'air pendant des heures, les réservoirs s'égalisent avec la conduite et les freins finissent par se desserrer tout seuls. C'est pourquoi les règlements n'admettent pas qu'on laisse un train stationné en se fiant au frein à air : il faut serrer à la main les freins mécaniques d'un certain nombre de wagons, avec la même manivelle que les serre-freins de 1869.

Le brevet 124 404 a eu 154 ans en mars dernier, et le mécanisme qu'il décrit — un réservoir et une valve sous chaque wagon, et une conduite qui freine quand elle se vide — est encore monté sur presque tous les trains de marchandises du monde.