Tout feu, tout flamme ! #1

Chemins de fer, nuisances environnementales et sociétales aux XIXe-XXe siècles : introduction.

Machine à vapeur 141 TC Ouest 18 arrivant en gare de Paimpol dans un tourbillon de fumée et de vapeur en 19711.
À l’époque l’utilisation des machines à vapeur n’est plus aussi massive que lors des décennies précédentes ; mais cela n’empêche pas quelques-unes de continuer à rouler sur certaines lignes pour des utilisations spécifiques, comme le transport du fret.

À l’heure actuelle, le chemin de fer est l’un des transports les plus respectueux de l’environnement en termes d’émissions de gaz à effet de serre lors de leur utilisation2. Mieux encore, le train est le seul moyen de transport à avoir réduit régulièrement à la fois ses émissions de gaz à effet de serre et sa consommation d’énergie depuis 19903. Par ailleurs, pour les lignes fonctionnant à l’électricité, l’inclusion progressive des énergies renouvelables dans le mix énergétique de certains pays (certes à un relatif faible niveau par rapport au total, mais en augmentation depuis les années 1990), a permis à certains trains de rouler de plus en plus “à l’énergie verte”.

Mais il n’en a pas toujours été ainsi. À son apogée au sein de l’Hexagone à la fin du XIXe siècle et ce jusqu’à la seconde moitié du XXe siècle, le mode de traction plébiscité par le chemin de fer était en effet la traction vapeur, utilisant comme carburant le charbon sous toutes ses formes, plus ou moins efficaces (houilles, coke, briquettes…), plus ou moins émettrices de fumée, et donc plus ou moins sources de nuisances environnementales et sociétales.


Nous allons ainsi aborder le thème de l’émission des fumées par les trains ayant roulé au charbon au sein d’une série de plusieurs articles intitulée “Tout feu, tout flamme !”. Afin de réaliser cela, ce billet ainsi que les suivants de cette série ont été rédigés avec l’accord et sous la direction d’Arthur Emile, étudiant en Master Histoire à l’Université de Paris et rédacteur du mémoire dont sont soit directement issus ou inspirés les paragraphes de cet article et des suivants4. Arthur Emile est par ailleurs un boursier au sein de Rails & histoire.

Ainsi, nous aborderons ici différents thèmes :

  • Les aspects techniques et matériels tout d’abord, afin de mieux connaître le combustible responsable de l’objet de notre étude (la fumée), c’est-à-dire le charbon. Ainsi, comment la fumée est créée, pourquoi est-elle plus blanche ou plus noire, et quels types de charbons sont utilisés selon les années sont des éléments fondamentaux à appréhender.
  • Nous verrons aussi les conséquences sur la santé des riverains et le vécu de ceux-ci, entre cohabitation et résignation le long des voies et près des gares, et plaintes auprès des compagnies et des pouvoirs publics.
  • N’oublions pas non plus les conséquences directes et indirectes sur l’environnement de cette combustion, tels que les incendies et l’impact de la fumée sur la faune et la flore environnantes aux voies de chemin de fer.
  • Un autre point de focus sont les innovations techniques et matérielles qui ont été déployés pour tenter de prévenir ou d’atténuer les nuisances liées à la combustion du charbon et à l’émanation des fumées des locomotives.
  • Enfin, nous nous intéresserons à la place de la fumée et des machines à vapeur dans l’imaginaire collectif de l’époque, phénomène largement décrit au sein de dessins, de tableaux, de poésies et de romans inondant la sphère artistique et littéraire de la fin du XIXe siècle et du début du XXe.

Il s’agit donc globalement de s’intéresser à l’environnement du système immédiatement affecté, à savoir le train en lui-même qui transporte des passagers et des employés du chemin de fer, mais aussi les abords des voies en milieu urbain ou rural (la ville, la forêt, la campagne) avec leurs habitants et leurs travailleurs, et enfin les riverains, voisins et occupants des établissements ferroviaires accueillant la locomotive (gares, rotondes, ateliers et leurs alentours) qui sont au contact des fumées.

Mais tout d’abord, afin de replacer les choses dans leur contexte, intéressons-nous rapidement à la sémantique utilisée. À l’époque nul ne parle encore de protection de l’environnement, de pollution, de gaz à effet de serre ni de réchauffement climatique, expressions et préoccupations plutôt contemporaines qui, jusqu’au début des années 1970 et le rapport Meadows, n’étaient que peu débattues5. Sont plutôt présents à cette période les deux notions d’insalubrité et d’incommodité.

Nous pourrions rapprocher la première notion de la pollution, dans le sens où elle renvoie à un état de corruption des éléments ou milieux comme l’eau, la terre ou le sol, et représente un danger pour la santé. La seconde, elle, pourrait à peu près correspondre à ce qu’on qualifierait aujourd’hui de nuisance, avec le besoin et le souci pour les riverains de l’époque de décrire précisément les éléments visibles comme les fumées, les poussières et autres dépôts de cendres qui viennent tacher les vêtements et noircir les façades des maisons.

Attention donc, dans notre cas il s’agira à la fois d’éviter d’imposer nos concepts contemporains de conscience environnementale ou de souci écologique tout en prenant en compte cette réflexivité et le fait que l’environnement n’est pas une notion récente.


Pas de feu sans fumée : aspects scientifiques et techniques.

Un chauffeur alimentant en charbon la fournaise constituée au sein de la chaudière d’une locomotive à vapeur au XXe siècle6. À gauche de l’image, le mécanicien.

Loin d’être un phénomène nouveau au moment de l’irruption du chemin de fer dans des sociétés en voie d’industrialisation depuis plusieurs décennies déjà, la production de fumée liée à la combustion du charbon prend une dimension de plus en plus importante tout au long du XIXe siècle, au fur et à mesure que l’énergie vapeur et le chemin de fer accompagnent le développement exponentiel de l’industrie. La fumée (comme l’incendie) procèdent d’une même cause qui est la combustion du charbon dans le foyer des locomotives. Leurs manifestations et leur intensité varient fortement selon des facteurs multiples, à la fois techniques, humains et environnementaux, allant de la simple incommodité jusqu’à de rares accidents mortels, en passant par des dommages matériels parfois conséquents.

La fumée accompagne la locomotive depuis les débuts de la traction vapeur7. C’est l’élément le plus visible et, avec le bruit, le plus immédiatement perceptible d’une locomotive à vapeur en fonctionnement. Cette caractéristique, associée à la forme de traîne du panache accompagnant son passage, a permis aux arts et à la littérature d’en indiquer le mouvement. Elle devient ainsi rapidement indissociable de l’image même du chemin de fer. La multiplicité des représentations qui résultent de la fascination pour la “machine à feu” ainsi que son intégration dans le paysage et le quotidien permettent d’apprécier la diversité des manifestations de la fumée, une dimension esthétisante qui occulte facilement les nuisances associées à ce phénomène.

Le principe du fonctionnement de la locomotive à vapeur est le suivant : la combustion de charbon dans le foyer permet de libérer l’énergie nécessaire à la production de vapeur d’eau à une certaine pression dans la chaudière, pression qui s’exerce ensuite sur les pistons et fait avancer la machine. La vapeur d’eau et les gaz chauds libérés par la combustion du charbon dans le foyer, une fois leur travail effectué dans les tubes de la chaudière, traversent la boîte à fumée et s’échappent par la cheminée. Il y a alors production d’une fumée visible, appelée vapeur lorsque la combustion est relativement complète et que sa couleur est d’un blanc plus ou moins pur. Lorsque les gaz s’échappent à l’extérieur avec une quantité importante de particules de charbon non consumés, il y a alors production d’une fumée plus ou moins grise, noire ou colorée, en fonction de la composition chimique du combustible utilisé et de la qualité de la combustion.

Le charbon brûlé au sein des locomotives à vapeur possède plusieurs éléments combustibles qui sont le carbone (C), l’oxygène (O2), ainsi que l’hydrogène (H). En brûlant avec l’oxygène, le carbone produit du monoxyde de carbone (CO) qui se transforme ensuite en dioxyde de carbone (CO2). D’un autre côté, l’hydrogène se transforme en eau (H2O).

On dit que la combustion est complète lorsque tout le monoxyde de carbone a été transformé en dioxyde de carbone8.
À l’inverse, la combustion est incomplète s’il reste du monoxyde de carbone non transformé à l’issue de la combustion, ce qui induit une perte d’énergie9. Cette combustion incomplète est principalement liée à une introduction d’air dans le foyer soit trop importante, soit insuffisante.

La fumée noire est le résultat le plus visible et le plus manifeste de la combustion incomplète du charbon dans le foyer de la locomotive. Elle est formée de particules de charbon non consumées associés à la vapeur d’eau et aux gaz non transformés dans le foyer qui s’échappent par la cheminée (notamment du monoxyde de carbone).

Pour assurer une combustion complète, il faut donc une introduction régulière d’oxygène et de combustible à une température à la fois élevée et constante, favorisant un mélange homogène entre l’oxygène et les gaz chauds libérés par la combustion. Dans la pratique, une combustion complète est impossible à réaliser. Elle dépend de la conception du foyer (proportions, adaptation de la grille…), des conditions d’exploitation (vitesse, dénivelé), et surtout de la conduite du feu à bord de la machine : l’alimentation du foyer doit être régulière et le chauffeur doit s’assurer d’une répartition homogène sur la grille tout en évitant les pertes de chaleur liées à l’ouverture de la porte.

Le faible rendement de la locomotive à vapeur sur la période se traduit par une consommation importante de charbon, jusqu’à 2 tonnes par heure pour les trains les plus rapides10 (ce qui pose par ailleurs une série de questions quant aux conditions de travail des chauffeurs devant manutentionner une telle quantité de charbon pour les envoyer dans la chaudière, à la seule force de leurs bras). En moyenne, les machines de la Compagnie de l’Est consommaient un peu plus de 10 kilogrammes au kilomètre en 187911. L’achat de combustible représentant environ 30 % des « frais totaux occasionnés par une locomotive thermique »12, on comprend que les locomotives soient alors considérées comme de grandes « mangeuses d’argent »13. Elles constituent ainsi l’essentiel de la consommation du chemin de fer sur la période, ce dernier représentant quant à lui entre 10 et 15 % de la consommation nationale.

Evolution comparée de la consommation nationale de charbon avec la consommation du chemin de fer (Graphique : Arthur Emile14).

Par le terme « charbon », les ingénieurs des Mines qui ont établi ces statistiques rassemblent l’ensemble des charbons de terre, qui sont par ailleurs distingués en fonction de leur teneur en carbone (soit par ordre croissant : lignites, houilles, anthracites), ainsi que les produits de leur distillation (coke) ou de leur agglomération (briquettes). La composition chimique d’un type de charbon varie également selon son origine.
Par houilles, les ingénieurs distinguent ainsi différentes sortes de charbons en fonction notamment de leur teneur en matières incombustibles (cendres), en matières volatiles, ainsi que leur pouvoir calorifique (c’est-à-dire la quantité de chaleur qu’ils sont susceptibles de dégager). Ces différents types sont plus ou moins adaptés aux différentes activités industrielles en fonction de l’objectif recherché et nous pouvons, dans le cadre de notre étude, diviser les combustibles utilisés en France par le chemin de fer en différentes catégories en fonction de leur fumosité :

  • Le coke, tout d’abord, est le produit de distillation de houilles grasses dites bitumineuses et impropres telles quelles à la consommation. Il est obtenu après cuisson de la houille afin d’en retirer les matières volatiles. La pâte obtenue avec l’ajout de fioul est ainsi à plus forte teneur en carbone et en cendres. Ce combustible est connu à l’époque comme celui qui donne le moins de fumée.
  • Les houilles maigres, ensuite, sont celles qui ont la plus forte teneur en carbone et la plus faible teneur en cendres et en matières volatiles : elles sont plus fumeuses que le coke, mais dégagent tout de même relativement peu de fumée en comparaison des houilles grasses et des briquettes.
  • Les houilles grasses et demi-grasses sont les plus courantes, celles qui ont une plus forte teneur en cendres et en matières volatiles. Leur fumée est par ailleurs plus odorante15. Si les houilles les plus grasses sont impropres aux chaudières car trop collantes, la houille dite « demi-grasse à longue flamme » semble la plus utilisée par le chemin de fer car elle s’enflamme facilement et assure une bonne tenue du feu16.
  • Enfin, les plus petits morceaux de charbon sont agglomérés en briquettes, ces dernières étant particulièrement fumeuses et odorantes en raison de la présence en leur sein de matières agglutinantes comme le brai et le goudron17.
Une presse “Mazeline” servant à fabriquer des briquettes de charbon à Bordeaux en 192018.

La qualité du charbon utilisé (et donc, la quantité globale de fumée émise) a naturellement varié en fonction de son prix. Le coke, plus cher que les autres dérivés du charbon19, est rapidement remplacé par la houille dès les années 1850 en raison d’une envolée des prix. En seulement une vingtaine d’années (1852-1873), à cause d’une explosion de la demande mais aussi de la perte du charbon alsacien consécutif à la guerre franco-prussienne, le prix de la tonne de houille en France augmente ainsi de 74%20. La France produit donc moins de charbon, mais les besoins eux, sont toujours croissants : les Compagnies de chemin de fer doivent donc s’adapter en fonction de cette situation conjoncturelle de crise de l’offre.

La situation diverge fortement en fonction des capacités d’accès et d’approvisionnement en combustible. Parmi les Compagnies qui expérimentent le plus rapidement la houille dans le foyer des locomotives, on trouve celles qui ont des facilités d’accès à une houille de qualité, c’est-à-dire celles qui peuvent l’obtenir à un prix suffisamment bas pour qu’un tel changement génère d’importantes économies : la Compagnie du Nord (charbons belges puis filière locale en plein développement), la Compagnie de l’Est (charbons de la Sarre), la Compagnie de l’Ouest (charbons britanniques, notamment le steam coal gallois à haut rendement) ; mais aussi, dans une moindre mesure, des Compagnies plus pauvres ayant davantage de difficultés à supporter la hausse du prix du coke car plus éloignées des principaux centres de production : la Compagnie du Midi et le Paris-Orléans, qui ont accès à des gisements locaux mais produisant un charbon de qualité plutôt médiocre pour le chemin de fer, la première pouvant également importer la houille britannique depuis le port de Bordeaux mais à un prix plus élevé que la Compagnie de l’Ouest.

Une tonne de houille coûte alors moitié moins cher qu’une tonne de coke, mais permet aussi dans le même temps d’avoir des performances calorifiques plus élevées : les Compagnies s’adaptent donc pour faire plus avec moins21. Cette recherche constante d’économies poussera les Compagnies à brûler peu à peu des briquettes puis à partir de 1887 du tout-venant : du charbon non criblé, quelle que soit sa qualité ou son calibre, sortant directement de la mine. L’amélioration des conditions d’extraction du charbon mais aussi les progrès techniques réalisés peu à peu par les Compagnies sur leurs locomotives permettent de réaliser par ailleurs d’autres économies en réduisant les pertes de combustible. Mais l’émission de fumées, elle, ne baisse pas avec l’utilisation croissante de la houille, bien au contraire.


La question de la fumée est particulièrement complexe à appréhender, puisqu’elle suppose une grande diversité de manifestations. On parlera donc souvent des fumées. En affirmant que toute locomotive à vapeur produit de la fumée quel que soit le combustible utilisé, on considère qu’il s’agit d’une nuisance qui touche tous les pays et tous les milieux traversés par le chemin de fer. Une nuisance bien connue de la population puisque similaire aux fumées induites par des activités industrielles et par les foyers domestiques, mais qui peut l’incommoder différemment, et qui peut affecter l’environnement.

Autant de problématiques que nous développerons à l’occasion de notre prochain article sur le sujet !


  1. Image : Bossard, Hans. Hommage à la vapeur. Paris, Société Française du Livre, 1976. []
  2. Parlement Européen, Décision du Parlement Européen et du Conseil relative à une Année européenne du rail (2021), 2020/0035 (COD). Bruxelles, 16 décembre 2020.

    À condition qu’il s’agisse évidemment d’un train utilisant l’électricité comme énergie et non pas des carburants fossiles qui eux sont émetteurs de GES. []

  3. Ibid. []
  4. Emile, Arthur – À l’épreuve du feu. Les nuisances environnementales liées à la combustion du charbon par les locomotives à vapeur en France (1837-1937). Mémoire de recherche de Master 1 sous la direction de M. Arnaud Passalacqua, Université de Paris, GHES, master « Histoire, civilisations, patrimoine », 2020 ; et Emile, Arthur – La noirceur du foyer. Nuisances, sensibilités et innovations au siècle du Progrès : les locomotives à vapeur et leur fumée (1837-1937). Mémoire de recherche de Master 2 sous la direction de M. Quentin Deluermoz, Université de Paris, GHES, master « Ville, Architecture, Patrimoine », 2021. []
  5. En revanche, la question du changement climatique et de l’équilibre écologique apparaît déjà à l’époque moderne, notons aussi certaines critiques contemporaines de l’industrialisation comme Eugène Huzar (plus globalement, voir Jarrige/Le Roux et Lochet/Fressoz pour l’historiographie récente.) []
  6. Image : Raynal, Marcel. J’étais mécanicien vapeur. Paris, La Vie du Rail, 1996. []
  7. Dont on situe traditionnellement l’avènement au Royaume-Uni en 1829 avec le concours de Rainhill pour l’attribution de la concession Liverpool-Manchester, première ligne de chemin de fer destinée au transport de voyageurs. []
  8. Image : Constant-Jouffroy, Duméry. “Mémoire sur un nouvel appareil de combustion sans production de fumée”. Mémoires et compte-rendu des travaux de la société des ingénieurs civils, vol. 8, 1855 (modifiée par l’auteur). []
  9. Image : Ibid. []
  10. M. Hegelbacher. La Locomotive à vapeur. Paris, Librairie Garnier frères, 1918, p. 32. []
  11. Goschler, Charles. Traité pratique de l’entretien et de l’exploitation des chemins de fer. Paris, Librairie Polytechnique, 1872. []
  12. Devaux, Pierre. « La locomotive à vapeur. Son nouvel avenir ». La Nature, n°2944‑2955, 1935. []
  13. L.F.G. Petitpierre-Pellion. Mémoire sur la combustion de la fumée et des gaz combustibles, locomotives et foyers fixes. Paris, Lacroix et Baudry, 1858, 12p. ; et Callite, Anne. La construction du matériel roulant ferroviaire en France : l’exemple nordiste (1828-1939). Thèse de doctorat en histoire contemporaine sous la direction de Odette Hardy-Hemery, Lille 3, 2006, 825 p. []
  14. Réalisé d’après le Compte rendu des travaux des ingénieurs des mines (années 1833 à 1847) et la Statistique de l’industrie minérale et des appareils à vapeur (années 1847 à 1937). Bibliothèque patrimoniale numérique de l’École nationale supérieure des mines de Paris (Mines ParisTech). Jusqu’en 1873, les données concernant le chemin de fer concernent également les bateaux à vapeur. []
  15. Bède, Émile. De l’Économie du combustible. Exposé des moyens de produire économiquement la vapeur d’eau servant de force motrice. Bruxelles, chez l’auteur, 1878 []
  16. Chancerel, Pierre. Le marché du charbon en France pendant la Première Guerre mondiale (1914-1921). Thèse de doctorat, Université de Paris-Ouest, 2012. []
  17. Duchesne, Édouard-Adolphe. Des chemins de fer et de leur influence sur la santé des mécaniciens et des chauffeurs. Paris, Mallet-Bachelier, 1857, 308 p. ; et Couche, Charles-Henri-François. « Rapport sur l’emploi de la houille dans les machines locomotives et sur les machines à foyer fumivores de M. Tenbrinck ». Annales des Mines, série 6, volume 1, Paris, 1862. []
  18. Le Monde Illustré, 23 octobre 1920, p.73/127, consultable sur Le Monde illustré 23 octobre 1920 – (23-octobre-1920) | RetroNews – Le site de presse de la BnF []
  19. Le coke est plus cher que la houille car son processus de fabrication (appelé cokéification) est complexe est coûteux. []
  20. Compte rendu des travaux des ingénieurs des mines (années 1833 à 1847), et Statistique de l’industrie minérale et des appareils à vapeur (années 1847 à 1937), doc.cit. []
  21. Goschler, Charles. op.cit p.31. []

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