Locomotive à vapeur

Une locomotive à vapeur convertit l'énergie thermique (chaleur) en énergie mécanique (travail) selon le processus suivant :

⇒ Brûler du charbon dans un foyer (combustion).
⇒ Récupérer la chaleur pour chauffer de l'eau et la transformer en vapeur.
⇒ Chauffer et confiner la vapeur produite pour obtenir une vapeur haute pression (vapeur vive).
⇒ Utiliser la pression générée pour pousser un piston à l'intérieur d'un cylindre.
⇒ Transformer le mouvement de translation du piston en mouvement de rotation par un système bielle-manivelle.
⇒ Expulser les gaz de combustion ainsi que la vapeur détendue.

Les premières locomotives à vapeur sont apparues dans les années 1800 après l'invention de la machine à vapeur. L'efficacité est grandement améliorée avec le principe d'une machine à double effet (ou double action) dans laquelle un tiroir glissant distribue la pression à droite puis à gauche afin que le piston soit entraîné à l'aller comme au retour.

Le piston est connecté à un essieu (essieu moteur) et des barres d'accouplement permettent d'entraîner d'autres essieux. Les plus grandes locomotives à vapeur disposaient de cinq essieux couplés (10 roues pour les locomotives de type « Santa Fé »)

Le faible rendement des machines à vapeur explique leur disparition dans les années 1960 au profit des moteurs diesels et électriques. Cependant, leur exploitation pendant 150 ans a accompagné l'une des modifications les plus profondes de nos sociétés : la révolution industrielle.