Bogie du type « Bettendorf »
Un bogie (ou boggie) est un chariot situé sous un véhicule ferroviaire, sur lequel sont fixés les essieux (et donc les roues). Il est mobile par rapport au chassis du véhicule ( locomotive, wagon ou voiture ) et destiné à s'orienter convenablement dans les courbes.
La fonction essentielle des bogies est de faciliter l'inscription en courbe. En effet, les bogies du véhicule peuvent pivoter indépendamment les uns des autres, ce qui autorise des rayons de courbure plus faibles, et un éloignement plus important entre les essieux (qu'ils soient moteurs ou porteurs).
Sur cette illustration est représenté un véhicule (profilé en bleu) équipé de deux bogies (en jaune orangé). Les essieux sont figurés en rouge. L'utilisation des bogies permet la circulation sur une voie dont le rayon de courbure est relativement faible.
La charge du véhicule repose en général sur le bogie par l'intermédiaire d'un pivot central appelé cheville ouvrière. Sur les véhicules actuels, le bogie peut glisser librement sous la caisse, ce qui améliore le confort ; on parle dans ce cas de « pivot fictif » comme sur les voitures SNCF de type « Corail ».
Sur les locomotives à vapeur, on a ainsi augmenté le nombre de bogies pour mieux répartir le poids de la locomotive sans multiplier le nombre d'essieux moteurs et donc un empattement rigide trop grand : un bissel à un essieu puis un bogie porteur à deux essieux à l'avant, un bogie partiel (sous forme de bissel) voire un bogie à l'arrière en plus des essieux moteurs.
Le mot bogie est un mot d'origine anglaise qui signifie aussi cabriolet, c'est-à-dire historiquement un attelage hippomobile se guidant facilement.
L'inscription en courbe de faible rayon de voitures de plus en plus longues fut très rapidement un problème pour le matériel ferroviaire. Les solutions apportées furent de deux ordres :
C'est en fait cette dernière solution mise en œuvre sur le matériel américain qui perdura. Les bogies se sont rapidement répandus aux États-Unis à partir de 1830, car les matériels roulants devaient accepter une voie mal posée, et en France, le bogie apparaît pour la première fois en 1890 sur le matériel remorqué.
Sur les locomotives à vapeur, le bissel puis le bogie ont fait petit à petit leur apparition au fur et à mesure que les locomotives devenaient plus puissantes et donc de plus en plus longues et de plus en plus lourdes. Ces essieux sont alors uniquement porteurs, et destinés à répartir la charge sur la voie. Il exista aussi le bogie-bissel dans lequel l'essieu porteur est lié au premier essieu moteur dont le plus connu fut le bogie-bissel du type « Zara ». Un autre cas particuler fut l'emploi d'un bissel à deux essieux à l'arrière de la machine, tel les Hudson.
La nomenclature numérique des locomotives à vapeur est une suite de trois chiffres indiquant le nombre d'essieux porteurs avant, puis le nombre d'essieux moteurs, puis le nombre d'essieux porteurs arrière. Ainsi la célèbre Pacific de disposition d'essieux 231 comporte donc deux essieux porteurs en bogie, trois essieux moteurs, et un essieu en bissel. Une nomenclature équivalente utilisant des lettres pour les essieux moteurs est utilisée pour les locomotives électriques et locomotives diesels.
Ce n'est qu'à partir de 1950, avec le développement des locomotives électriques et locomotives diesels , que le bogie moteur se généralise. On parle alors de locomotives à « adhérence totale » avec toutefois une exception dans le cas des A1A A1A où entre chaque essieu moteur il existe un essieu répartissant la charge.
Outre son rôle de liaison entre les essieux et la caisse, le bogie assure les rôles de freinage, d'interface entre la signalisation sur voie et la caisse, de suspension de l'ensemble du train, et parfois de traction. On distingue donc deux grandes familles de bogies:
Chaque bogie possède en général au moins deux essieux sauf les cas particulier tels :
Pour les deux derniers cas l'augementation des essieux est la conséquence du remplacement des roues en acier par des pneumatiques. Chaque véhicule (locomotive, voiture, wagon) possède ses propres bogies (généralement deux), ou bien les bogies sont situés à cheval entre deux voitures (cas des rames articulées, notamment les TGV et Talgo).
Habituellement, le plancher du véhicule est situé au-dessus des bogies. Cependant, cette règle ne s'applique pas à certains types de matériel ferroviaire : trains à deux niveaux ou wagons surbaissés pour charges encombrantes : le plancher, ou le plan de chargement, est alors surbaissé entre les bogies.Il existe des tramways à plancher ultra-bas sans bogies.
L'amélioration des performances des bogies est un élément important pour accroître la fiabilité, la sécurité et le confort du matériel roulant.
Suivant le cheminement de la voie, le bogie est soumis à des forces verticales ou transversales, respectivement l'accélération verticale bogie et l'accélération transversale bogie.
Pour les voies gérées par la SNCF, les valeurs d'accélération caisse et bogie sont régulièrement relevées par une voiture équipée spécialement de capteurs, la voiture Mauzin. À partir de ces valeurs, les interventions pour l'entretien de la voie peuvent être déterminées.
L'essieu ferroviaire est rigide par nature. Sauf sur les essieux moteurs modernes, il n'y a pas de différentiel. Pour limiter le glissement des roues dans les courbes, dû à la différence de parcours entre la file de rail extérieure et la file de rail intérieure, les roues de chemin de fer sont tronconiques et les rails sont inclinés vers l'intérieur (de 1/20 sur ligne classique et LGV).
La force centrifuge tend à déplacer l'essieu vers l'extérieur de la courbe, ce qui a pour effet de placer la roue extérieure en contact avec le rail sur sa plus grande circonférence, tandis que la roue intérieure se trouve en contact sur sa plus petite circonférence. La différence des circonférences de roulement correspond plus ou moins à la différence des vitesses linéaires.
Cette adaptation naturelle, qui tient lieu de différentiel, est plus ou moins contrariée par les insuffisances ou excès de dévers, selon la vitesse et la masse du train.
Elle assure également un centrage naturel de l'essieu sur la voie. Sauf dans les courbes de faible rayon, le boudin de la roue ne touche jamais le rail. Sur les voies en alignement, la partie usée du rail fait en général un à deux centimètres de large.
Ce centrage est en réalité un perpétuel "recentrage", en particulier en sortie de courbe avec insuffisance ou excès de dévers. Les essieux ont un mouvement oscillant qui imprime au bogie un mouvement de rotation, dit de "chariotage". Ce mouvement est amorti par des plaques de friction entre les caisses et les bogies, voire par des amortisseurs hydrauliques (sur les TGV).
Ce mouvement de chariotage peut, par friction ou "fouettage", déplacer les lames d'aiguilles. C'est pourquoi les aiguilles susceptibles d'être parcourues à plus de 40 km/h doivent être munies d'un dispositif de verrouillage. Ce verrou est un dispositif mécanique de type non réversible : il peut être manœuvré par la tringle de commande de l'aiguille, mais pas par la lame d'aiguille elle-même.