Il est, dans le chemin de fer comme ailleurs, des appareils dont le fonctionnement apparaît assez mystérieux, voire apparemment contraire à l ’entendement ou à l’expérience quotidienne. Pourtant, non contents de se conformer strictement aux lois de la physique, ce fonctionnement peut recevoir une explication simple. C’est ce que je vais tenter de dévoiler dans ces quelques lignes.

A tout seigneur, tout honneur, l’injecteur, dit Giffard du nom de son inventeur, a un fonctionnement non seulement mystérieux, mais aussi assez capricieux, nos vaporistes et autres responsables d’exploitation en savent quelque chose.

Lorsqu’une chaudière produit de la vapeur, elle consomme de l’eau qu’il faut renouveler, sous peine de voir le niveau baisser ce qui arrête la production de vapeur et détruit la chaudière. Il faut un dispositif alimentaire, capable d’introduire l’eau dans la chaudière en surmontant la pression de la vapeur et ce, tant en marche qu’à l’arrêt. Pour cela, on peut utiliser une pompe, actionnée par la vapeur elle-même, ou par un dispositif auxiliaire. Ces dispositifs existent, les machines du CFC en sont pourvues, mais ils comportent des pièces en mouvement, susceptibles d’usure, de dérèglage, de casse... qui, malgré leur simplicité théorique, font qu’on ne peut pas toujours compter dessus ; de plus, leur débit est assez limité et il faut les faire fonctionner sur d’assez longues périodes.

En fait, presque toutes les locomotives à vapeur utilisées dans le Monde, sont équipées d’injecteurs. Cet appareil présente plusieurs avantages :

• pas de pièce en mouvement, d’où simplicité de construction et d’entretien ;
• débit élevé permettant de les utiliser par intermittence et donnant une bonne marge de sécurité au remplissage de la chaudière ;
• l’eau injectée est directement au contact de la vapeur utilisée pour l’injection, c’est donc de l’eau réchauffée qui est injectée, d’où une économie de combustible.

Il existe deux types d’injecteurs :

• les injecteurs " en charge " sont situés sous le niveau d’eau d’alimentation, ils se contentent de refouler l’eau dans la chaudière, placés sous le plancher de l’abri de la locomotive, ce sont les plus utilisés ;
• les " injecteurs aspirants ", sont placés au dessus du niveau de l’eau d’alimentation, ils doivent d’abord aspirer cette eau avant de la refouler. Par rapport aux injecteurs en charge, ils nécessitent un amorçage lors de leur mise en route. Les locomotives du CFC sont dotées, d’origine de ce type d’appareils.

Ces deux types d’appareils fonctionnent sur le même principe.

Pour le comprendre, il faut nous représenter trois circonstances :

• lorsqu’un fluide, sous pression, s’échappe du récipient qui le contient (fig. 1), la détente transforme l’énergie de pression en énergie cinétique, autrement dit, le fluide acquiert de la vitesse (plusieurs centaines de mètres par seconde pour une pression de quelques atmosphères);
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• lorsque de la vapeur, lancée à grande vitesse, se mélange avec de l’eau froide, l’eau est entraînée, réchauffée et la vapeur se condense, créant un jet d’eau en déplacement dans le même sens que la vapeur, et dont la vitesse, quoique plus faible, est encore de plusieurs dizaines de mètres par seconde ;
• lorsqu’un fluide rencontre un obstacle, il est freiné et sa pression augmente, ceci en fonction de sa vitesse et de sa masse volumique. Dans le cas de l’eau, cette masse volumique est très supérieure à celle de la vapeur, l’élévation de pression atteint plusieurs atmosphères.

L’injecteur Giffard comporte donc trois parties essentielles, réalisant chacune une des fonctions (fig. 2.)

• La vapeur sous pression venant de la chaudière est envoyée dans la lance convergente A où elle accélère, en se détendant dans la boîte B, à pression atmosphérique au démarrage.
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• La vitesse du jet de vapeur entraîne l’air de la boîte B, créant une dépression qui aspire l’eau du réservoir et amorce l’injecteur. Lorsque l’eau parvient en B, la vapeur s’y mélange et se condense, le jet d’eau est accéléré dans l’ajutage convergent qui termine B. Si l’eau d’alimentation est trop chaude, la condensation ne se produit pas et la dépression dans la boîte B n’est pas suffisante pour l’entretien de l’amorçage, c’est pourquoi un injecteur fonctionne mal, voire pas du tout avec une eau trop chaude.
• Le jet d’eau chaude mélangé à la vapeur pénètre alors dans l’ajutage divergent C, le ralentissement du jet crée une élévation de pression telle que le jet est à une pression supérieure à celle de la chaudière. La tubulure qui prolonge C communique avec la chaudière par un clapet s’ouvrant dans le sens de circulation du jet d’eau : l’injection peut avoir lieu.

L’injecteur Giffard est représenté en détail sur la figure 3. Il comprend un corps principal auquel sont reliées 4 tubulures : tubulure d’arrivée de vapeur L, tubulure d’arrivée d’eau d’alimentation T, la tubulure de refoulement à la chaudière L’ et la tubulure de trop plein T’.

Pour injecter, on ouvre d’abord le robinet R, puis très peu la lance à l’aide de la manette m, jusqu’à ce que la vapeur ait aspiré de l’eau. L’eau aspirée s’écoule alors par le trop plein T’. On ouvre alors complètement la lance, l’injecteur s’amorce en produisant un chuintement particulier, dû au choc du jet de vapeur avec l’eau, qui permet de reconnaître, quand on y est habitué, que l’injecteur fonctionne bien. A ce moment, il ne doit plus s’écouler une goutte d’eau par le trop-plein.

Sur l’appareil montré figure 3, il est possible de régler l’enfoncement de la lance d’introduction de la vapeur. Il faut noter que les injecteurs montés sur les machines du CFC ne possèdent pas de tel réglage, celui-ci étant réalise lors de l’assemblage ; de même, l’alimentation de la lance est réglée par le robinet à boisseau conique R. L’arrivée de vapeur à l’injecteur est, elle-même contrôlée à l’aide d’une vanne Gachot qui doit être fermée après chaque injection car elle permet d’isoler entièrement l’injecteur et éviter qu’un apport, même faible, de vapeur ne vienne l’échauffer, en effet, nous avons vu que celui-ci doit être froid pour s’amorcer.

Les principales causes de dérangement des injecteurs sont leur échauffement soit du fait que le chauffeur ait négligé de fermer complètement l’alimentation de vapeur, soit que l’eau du réservoir soit trop chaude pour permettre la condensation de la vapeur. Il peut arriver aussi que la soupape S ne s’ouvre pas correctement, empêchant l’injection, ou reste en partie levée, ce qui renvoie de l’eau ou de la vapeur de la chaudière lors de l’arrêt de l’injecteur. C’est pourquoi on place un robinet de sûreté sur le tuyau L’, à proximité de la chaudière.

Voici, exposé le plus simplement possible et sans formules mathématiques, le fonctionnement d’une de ces appareils mystérieux. Si cela n’a pas trop ennuyé mon lecteur, rendez-vous dans un prochain numéro avec " la pompe hydraulique ".

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