Petite Histoire de la DRG électrique

Les photographies, les récits, tout ce qui concerne le chemin de fer ancien.

Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
05 Aoû 2012, 14:31

b) Les locomotives à courant continu

La suite du développement des locomotives à courant continu nous fait repartir pour les Etats-Unis où, dès 1883, Leo Daft construisait pour le « Saratoga and Mount McGregor Railroad » une locomotive électrique de 2t à deux essieux développant une puissance de 8,8 kW. La machine fut baptisée « AMPERE ».




La machine n'est pas sans présenter une certaine ressemblance avec les premières automobiles expérimentales.

L’alimentation électrique se faisait par un troisième rail central. Le couple moteur était transmis aux essieux rigides par l’intermédiaire d’engrenages et de courroies. La locomotive tractait 10t à 14,4 km/h et était déjà freinée électriquement.

Deux ans plus tard, le même Daft construisait deux locomotives de 2,5t et 6 kW pour le tramway de Baltimore et une lourde machine de 10t à deux essieux, développant 55 kW pour le « New York Elevated Railroad », machine baptisée « Benjamin Franklin ». A l’instar des premières locomotives à vapeur, la machine avait un essieu moteur et un essieu porteur. Egalement alimentée par un troisième rail central, la locomotive roulait sous une tension continue de 250 à 300 V. La prise de courant se faisait par des petites roues jumelles en bronze.
La machine fut transformée en 1889 : sa puissance fut portée à 92 kW et ses deux essieux rendus moteurs. La transmission se faisait maintenant par le biais de roues à friction réglables reliant directement l’axe du moteur aux essieux. Avant sa transformation, la machine tractait deux à trois voitures Pullman à 30 km/h en rampe de 18‰. Après la transformation, ce sont huit voitures qui pouvaient être enlevées.

Thomas Edison, qui s’intéressait aux véhicules électriques depuis 1880 construisit en 1883, avec l’aide de D. Field, une locomotive électrique à deux essieux pour l’exposition universelle de Chicago. L’alimentation et le retour de courant se faisaient par les rails porteurs. Comme il était d’usage aux Etats Unis, la machine reçut un nom et fut appelée « Judge ».

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+


En Europe, l’ingénieur suisse René Thury fit construire par la société Meuron et Cuenod, future société Sécheron, une locomotive électrique à deux essieux pour un chemin de fer à crémaillère à Terriet, près de Montreux. La machine devait tracter un véhicule à quatre places pour atteindre un hôtel situé en altitude. En descente, le freinage de la locomotive devait être électrique.
La même année aux Etats-Unis était expérimentée la suspension « Tram » des moteurs. Par ce biais, le moteur de traction était monté à la fois sur l’essieu et sur le cadre. Cette disposition appelée « Moteur suspendu par le nez » fut appliquée aussi bien aux matériels de tramway qu’aux locomotives et est toujours d’actualité. Cette évolution conduisit à de nouveaux développements avec la suspension élastique. A la fin du 19ème siècle, le moteur à courant continu avait atteint sa forme moderne.

Les possibilités de commutation de l’époque limitaient par contre la tension applicable à 600 V et les puissances ne dépassaient pas 40 à 50 kW. Les moteurs continus d’aujourd’hui atteignent 1100 kW par essieu sous des tensions de 1500 V.

En 1885, Sprague construisit le premier moteur à double rapport d’engrenage et utilisa pour la première fois la commutation série-parallèle pour la régulation de vitesse. Ce dispositif offrait deux niveaux de vitesse sans utiliser de résistance primaire. La même année, l’on découvrait l’application du shuntage du champ pour le contrôle de la vitesse.

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C’est cependant à la ligne de métro londonienne reliant King William Street à Stockwell que revint en 1890, avec 16 machines à deux essieux, la première mise en service en nombre de locomotives électriques. D’une longueur de 4,27 m pour un poids de 9,32t, les locomotives développaient une puissance de 368 kW sous une tension de 500 V.

Conçues par Edward Hopkinson sur une mécanique Beyer-Peacock, les machines pouvaient rouler à 40 km/h haut le pied et tournaient en service au crochet de 40t à la vitesse de 22,4 km/h. L’alimentation électrique se faisait par un rail central. L’une de ces machines a été préservée et est aujourd’hui exposée au musée des sciences de Londres.


Elok 12.jpg
Locomotive électrique Hopkinson numéro 3 des City & South Railway (Londres 1889)



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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar gib
05 Aoû 2012, 15:07

En complément, un article bien documenté sur les couplages et les principes de fonctionnement.

voir ici
Il est dit parfois que toutes les guerres ne sont que des guerres de religion. Alors dites-moi le nom de ce Dieu qui les autorise à tuer l'amour (Apologue d'Alegranza)
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
05 Aoû 2012, 17:00

:cool:
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
05 Aoû 2012, 17:06

Pour ce qui est des locomotives « de ligne », nous retournons auprès de la compagnie Baltimore & Ohio qui mit en service en 1895 un locomotive Bo + Bo. La machine reprenait des caractéristiques du prototype « AMPERE » de 1883. Première locomotive électrique à présenter plus de deux essieux, la machine fut construite par General Electric & Co et mise en service sur une section en tunnel et en rampe de 8‰ longue de 2,25 km traversant la ville de Baltimore. L’évacuation des fumées d'une locomotive à vapeur avait en effet été jugée trop complexe sur ce tronçon. Longue de 10.324 mm, la machine pesait 86,5t et développait une puissance de 795 kW. Elle tractait un train de marchandises de 1870t à 28,2 km/h et une rame voyageur de 500t à 56 km/h. Autrement dit, la traction électrique s’était hissée au niveau des performances de la traction vapeur. L’armature du moteur était directement fixée sur les essieux. Le couple était directement transmis aux roues à rayons par l’intermédiaire de blocs de caoutchouc. Ce type de moteur, développé par James W. Batchelder, fut désigné « Gearless » - sans engrenages. La captation du courant s’effectuait via un frotteur en Z sur un rail latéral.





Parallèlement en Prusse, toujours en 1895, les KPEV mettaient en service une locomotive Bo pour le triage dans leurs ateliers principaux à Potsdam. L’année suivante, le même équipement était installé aux ateliers de Gleiwitz (Aujourd’hui Gliwice en Pologne).

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+


Malgré ces progrès, la tension utilisable en continu à la fin du 19ème siècle pour l’alimentation des trains n’atteignait pas 1000 V. Cela limitait considérablement la puissance disponible et constituait un frein au développement de véritables grandes lignes de chemin de fer électriques.

L’énergie produite par les centrales électriques spécialement construites pour l’alimentation des chemins de fer était transmise directement des générateurs à vapeur dans les centrales aux rails d’alimentation des voies. Grâce à la découverte et à la maitrise des courants triphasé et alternatif et leur transformation théoriquement illimitée, le problème du transport de l’énergie fut en grande partie résolu. Il devenait en effet possible de choisir la tension d’alimentation en fonction de la taille des moteurs et des puissances à développer.

Sans surprise, parallèlement au développement des locomotives à courant continu, des recherches furent donc entreprises qui utilisaient les courants triphasé et alternatif monophasé. Ces deux systèmes d’alimentation furent très vite mis en service sur des lignes principales alors qu’il fallut encore attendre un peu avant que des lignes à courant continu utilisant des tensions supérieures à 1000 V ne se développassent.
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
06 Aoû 2012, 13:46

Mais restons encore un peu sous courant continu. La première ligne électrique de relativement longue distance qui fût alimentée en courant continu fut celle de la ligne italienne reliant Milan à Varese, ouverte le 11 octobre 1901 et alimentée en 650 V par un rail latéral.
L’alimentation de la ligne provenait d’une centrale électrique située près de Gallarate. Celle-ci produisait un courant alternatif de 13,5 kV acheminé vers quatre stations de transformation et de redressement réparties le long de la ligne.
Aux côtés d’automoteurs destinés au transport des passagers, la ligne voyait circuler des locomotives Bo’Bo’ pour le trafic des marchandises. Lourdes de 34,1t, les locomotives développaient une puissance de 440 kW pour une vitesse de 60 km/h. la régulation de vitesse se faisait à la fois par rhéostat et commutation série-parallèle.
Le succès de l’exploitation amena le 15 juin 1902 à prolonger la ligne jusqu’à Porto Cereviso. Les dernières locomotives mises en service sur cette ligne le furent en 1925. Il s’agissait de locomotives Co’Co’ de 700 à 1350 kW formant la série E620 des FS.

*****


En 1903, cinq locomotives Bo’Bo’ furent acquises auprès de la société Sécheron pour desservir la ligne reliant St-Georges de Commiers à La Mure. L’alimentation se faisait par une caténaire bipolaire, chaque locomotive étant équipée de quatre lyres preneuses de courant. Les machines étaient équipées de quatre moteurs suspendus par le nez de 92 kW alimentés en 1200 V. La tension d’alimentation des caténaires était de 2400 V. Les moteurs étaient reliés en série deux à deux. D’un poids de 50t, les locomotives tractaient sans difficultés des trains de 108t en rampe de 27‰.





Une autre ligne alimentée en 2400 V fut mise en service au Canada en 1909 par le Canadian & Northern Railway. Les locomotives développaient 940 kW et étaient les premières dont les moteurs avaient les pôles commutables.

*****


La première locomotive électrique alimentée en tension continue de 3000 V fut construite par la firme tchèque Krizik à Prague et expérimentée en 1906 sur le réseau urbain de Vienne en Autriche. Cette même firme avait déjà construit en 1903 une locomotive similaire Bo’B alimentée en 1400 V pour le premier chemin de fer électrique de Bechyne près de Tabor, aujourd’hui en république Tchèque.
La locomotive Bo’B du réseau de Vienne avait un compartiment moteur central sous la cabine de conduite et deux petites plateformes obliques. Elle était équipée de quatre moteurs en série deux par deux de 95 kW chacun et alimentés en 750 V. Les deux fils caténaires n’avaient chacun qu’une tension de 1500 V par rapport à la terre, mais une tension de 3000 V l’un par rapport à l’autre.
Après un an d’essais, la complexité et le coût d’entretien de la caténaire mirent fin à l’expérience et le réseau urbain de Vienne revint à la traction vapeur jusque dans les années 1920.
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
06 Aoû 2012, 18:11

La tension d’alimentation des réseaux en courant continu n’a jusqu’à nos jours – en dehors de quelques rares expérimentations – pas dépassé les 3000 V. L’utilisation de cette tension suppose d’ailleurs la mise en série d’au moins deux moteurs qui s’alimentent la plupart du temps par un collecteur segmenté. Les tensions standard d’alimentation en courant continu se sont donc établies à 1500 V et 3000V. Dans les années 1970 toutefois, les chemins de fer soviétiques ont entrepris des essais d’alimentation en 6000 V.

L’électrification générale en 1500 V continu fut entreprise à partir de 1916 en Grande Bretagne et de 1919 en France. Cette tension fut adoptée par la suite par le Portugal, l’Espagne, la Tchécoslovaquie et les Pays Bas. Cette tension fut également utilisée dans les colonies françaises et britanniques de l’époque.
Après quelques années de service, il fut constaté en France que les coûts de production et d’acheminement de l’énergie électrique en courant continu de 1500 V sur un vaste réseau de longues lignes étaient très élevés. Le perfectionnement des redresseurs amena de ce fait les chemins de fer italiens à opter en 1926 pour une alimentation en 3000 V sur le modèle développé par le « Chicago-Milwaukee St-Paul & Pacific Railroad ». L’exemple italien fut suivi par l’Espagne, l’Union Soviétique, la Belgique, la Pologne, la Yougoslavie et le Grand Duché du Luxembourg.

En 1980, 37% du réseau européen était électrifié en courant continu dont environ 6200 km en 1500 V et 35700 km en 3000 V. A la même époque, l’alimentation en courant continu concernait 46% du réseau mondial.

+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+


A partir des années trente du vingtième siècle, un certain nombre de locomotives remarquables ont été construites pour le compte des grandes compagnies de chemins de fer exploitant l’alimentation en continu. Pour ce qui concerne l’alimentation en 1500 V, le développement des machines a été et reste essentiellement dominé par les compagnies de chemins de fer françaises. L’expérience développée par les fabricants français amena de nombreuses autres compagnies de chemins de fer à s’équiper de locomotives de leur fabrication. Seule la Grande Bretagne fit notablement exception à cette règle.

Avant la création de la SNCF, les compagnies françaises avaient chacune leurs propres critères de choix de matériel. Cependant comme les machines provenaient de constructeurs communs, nombre de leurs caractéristiques étaient similaires.
Les locomotives de type BB ont été présentes dès le début, à tel point qu’en 1945, avec quelques 450 machines de ce type, les BB constituaient la majorité du parc moteur électrique français. Leurs puissances s’étageaient entre 400 kW et 1780 kW pour des vitesses maximales allant de 50 à 105 km/h. Les plus puissantes des BB d’avant guerre étaient les machines ETAT 101 à 135 (SNCF BB 901 à 935). La prédominance des locomotives BB n’a jamais été battue en brèche. Elles constituent aujourd’hui l’essentiel des types en circulation.

Les machines les plus puissantes n’étaient cependant pas du type BB. Cette distinction revenait aux 1CC1 et aux 2CC2 du PLM.

Les locomotives de ligne à courant continu les plus marquantes des chemins de fer français des années trente du vingtième siècle furent cependant les machines 2D2 du PO, du Midi et, plus tard, de l’ETAT. (Après guerre, la SNCF commandera encore 35 locomotives de ce type, au design modernisé).
Suivant les séries, les 2D2 développaient entre 2900 et 4000 kW pour des vitesses maximales de 100 à 140 km/h. La 2D2 5104 de 1934, ex PO 704 développait par exemple 4000 kW à 120 km/h. Elle tracta à titre expérimental un train de 180t à 170 km/h et atteignit en 1938 la vitesse de 190 km/h. La 2D2 5516, provenant de la même série, parcourut en 41 ans de service la distance de 7.329.000 km.

D’un point de vue technique, les 2D2 avaient une transmission Büchli et étaient, en dehors de la Suisse, les plus réussies des machines ainsi équipées. L’équipement électrique des locomotives était du type aujourd’hui standard avec contrôle de la tension par changement de couplage des moteurs (Série, Série-Parallèle et Parallèle).

Après 1945, la SNCF, à l’exemple de la Suisse, adopta le principe des locomotives sans essieux porteurs pour le développement de la grande vitesse. A la suite de campagnes d’essais, les locomotives de série CC 7100 furent mises en service en 1952, suivies en 1957 des BB9200. Les machines de ce type ont marqué l’apogée de la traction électrique en courant continu lorsque les 28 et 29 mars 1955, les CC 7107 et BB 9004 ont porté le record de vitesse sur rail à 331 km/h.
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
07 Aoû 2012, 16:19

c) Les locomotives à courant triphasé

La mise au point de la production de courants alternatifs monophasé et triphasé dans la dernière décennie du 19ème siècle et les possibilités offertes par la transformation des tensions ouvrirent de nouvelles perspectives pour le développement des chemins de fer électriques, en particulier sur les longues distances.
Les premiers moteurs à courant alternatifs, mis au point avant 1891 par Görges et Lammé, entre autres, n’étaient pas encore utilisables à des fins de transport.
Le premier moteur triphasé utilisable fut mis au point en 1891 par Dolivio et Dobrowolski, au sein des usines AEG, sur la base du principe de Ferraris découvert en 1888. Il fut immédiatement testé sur une portion électrifiée en 25 kV de la ligne longue de 180 km reliant Lauffen à Francfort sur le Main.

Acteur majeur de ce secteur ferroviaire, la société Siemens & Halske transformait de son côté l’année suivante une motrice de tramway à deux essieux et l’équipait d’une motorisation à courant triphasé. La machine était mise à l’essai pendant deux mois sur une ligne expérimentale installée à Berlin-Charlottenburg.

La tension triphasée de 500 à 600 V était transmise au véhicule via une caténaire double et la voie. Le moteur de 17,4 kW entrainait l’un des essieux via une vis sans fin. L’ensemble pouvait atteindre la vitesse de 25 km/h.
Le véhicule fut exposé lors de l’exposition universelle de Chicago en 1893. Les essais qui devaient initialement durer quatre ans furent rapidement interrompus.





*****



En 1896, la société Ganz & Co de Budapest réalisa également des essais de véhicules à courant triphasé. Une ligne expérimentale fut installée en 1899 dans l’île du vieux Buda. D’une tension de 3000 V, le courant était acheminé par une caténaire double. La même société réalisa d’autres essais vers la même époque (1898) à Evian.
De même, Siemens & Halske procédèrent à de nombreux essais entre 1897 et 1900. Citons notamment les essais réalisés sur une ligne de 1,8 km entre Groß Lichterfelde et Zehlendorf près de Berlin où des tensions de 750 V, 2000 V et 10.000 V furent testées à la fréquence de 45 Hz. Le véhicule électrique était constitué d’un châssis de wagon de marchandise sur lequel étaient disposés deux moteurs triphasés suspendus par le nez. L’ensemble était surmonté d’une caisse en bois. Pour les essais à 10.000 V, le véhicule tractait une remorque portant un transformateur.
Le véhicule d’essai fut transformé début 1900. Il reçut une caisse de locomotive métallique avec poste de conduite central en forme de « boîte à sel » telle que celles qui existaient déjà sur des locomotives à courant continu.


Elok 18.jpg
Locomotive électrique triphasée expérimentale S & H de 1899 après sa transformation en 1900



Les caractéristiques techniques de la machine étaient les suivantes :
Poids total à vide : 16t
Puissance à 650 V : 44,1 kW
Puissance maximale à 850 V : 295 kW
Vitesse maxi : 40 à 60 km/h en fonction de la tension.

L’alimentation en courant se faisait au moyen d’une triple caténaire disposée latéralement à la voie à une hauteur de 5 et 7 m du sol. La captation se faisait au moyen de trois lyres disposées en quinconce sur le toit de la cabine.
A la suite des essais, la locomotive fut convertie pour la marche en courant continu. On ignora ce qu’il en advint jusqu’à ce qu’au milieu des années 70 du vingtième siècle, un passionné de chemin de fer ne découvrit une vieille locomotive à courant continu servant dans une carrière de chaux près de Bad Berka en RDA. Les recherches qu’il accomplit à son sujet démontrèrent qu’il s’agissait de la locomotive Siemens & Halske de 1900. La locomotive fut remise en 1978 au musée des transports de Dresde à qui l’on doit énormément pour la sauvegarde du patrimoine ferroviaire allemand. Restaurée au Raw de Dessau, elle participa en septembre 1979 au jubilé organisé à Dessau pour le centenaire de la locomotive électrique.

Les expériences de Siemens & Halske fournirent l’élan nécessaire à la création le 10 octobre 1899 de la société d’étude pour le transport ferré électrique rapide – « Studiengesellschaft für elektrische Schnellbahnen" (StES). On lui doit l’équipement de la ligne militaire de 23 km, reliant Marienfelde à Zossen, par de la caténaire de conception Siemens & Halske. C’est sur cette ligne que fut enregistré par deux fois, le 27 octobre et le 25 novembre 1903, le record de vitesse sur rail de 210,2 km/h, réalisé par deux autorails expérimentaux, l’un construit par AEG et l’autre par S & H. Ce record ne fut battu que par les machines SNCF des années cinquante.
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar POMidi
07 Aoû 2012, 18:48

Quel beau début que cette nouvelle saga. L'on y retrouve à nouveau le bouillenement des idées de la fin du 19ème et du début du 20ème siècle. Epoque également òu l'on hésitait pas à essayer.

Sujet passionant avec un récit de grande qualité !
Merci Pierre.

Pierre :grin:

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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar Rockandrail
07 Aoû 2012, 21:27

D’autres essais furent entrepris à partir du 17 juin 1902 qui se prolongèrent jusqu’en 1904 avec une locomotive 1AA1 construite également par Siemens & Halske. Equipée de moteurs triphasés de 10 kV, la machine présentait aussi une forme de grosse « boîte à sel » avec poste de conduite central encadré par deux capots inclinés. Avec cette locomotive de 40t développant 676 kW, l’on entrait clairement dans la modernité. Prévue pour atteindre les 150 km/h, elle n’atteignit cependant que la vitesse – conséquente malgré tout – de 105 km/h.


Elok 19.jpg
Locomotive électrique triphasée expérimentale S & H de la ligne Marienfelde – Zossen - 1901



La machine fut divisée en deux en 1917/1918. L’une des parties, transformée pour le courant alternatif monophasé, fut mise en service régulier en 1921 par le LAG comme numéro LAG 4 sur la ligne Murnau-Oberammergau. L’autre partie, transformée pour l’exploitation en courant continu, rejoignit comme numéro 3 la ligne industrielle Siemens à Berlin. Elle était encore en service en 1984.

Aucune ligne commerciale allemande ne fut cependant exploitée en courant triphasé. La ligne Murnau-Oberammergau qui avait été en grande partie équipée de caténaire triphasée fut finalement exploitée en traction vapeur à partir du 24 avril 1900 et électrifiée ultérieurement en courant alternatif monophasé. Nous en reparlerons.
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Re: Petite Histoire de la DRG électrique

Messagepar 230-G-352
08 Aoû 2012, 11:00

:shock: :shock:

Les trois lyres pour la prise de courant !

Siemens avait inventé la première locomotive permettant la réception de la télé couleur :mdr: :mdr:

Plus sérieusement, Pierre, j'apprécie beaucoup la qualité de ta présentation de l'histoire de la traction électrique. :cool:
@+

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