Les Fab Four : les brevets Wabtec qui ont bouleversé le monde
Une édition spéciale de la Semaine des ingénieurs 2026
Wabtec est une entreprise centrée sur l'ingénierie. Elle emploie plus de 4 700 ingénieurs dans le monde entier et détient plus de 6 500 brevets mondiaux actifs (avec les récentes acquisitions de Dellner Couplers, la division des technologies d'inspection d'Evident, et le Frauscher Sensor Technology Group devrait en ajouter environ 1 000 supplémentaires) visant à des innovations qui rendent le transport de marchandises et de transit plus sûr, plus fiable, plus efficace et plus productif.
À l'occasion du 75e anniversaire de l'Engineers Week et du 250e anniversaire des États-Unis, Wabtec rend hommage à tous les ingénieurs alors qu'elle revient sur quatre de ses plus grands brevets qui ont définitivement changé l'industrie ferroviaire, et le monde entier.
Note sur les brevets
Mais d'abord, réfléchissez à ce qu'il faut pour que les nouvelles technologies soient brevetables. John Kramer, conseiller principal en matière de brevets chez Wabtec, propose les principes directeurs suivants : « Pour qu'une invention soit légalement brevetable, elle doit répondre à deux critères principaux : la « nouveauté » et la « non-évidence ». »
Pour réussir le test de nouveauté, une invention doit être au moins graduellement différente de ce que quelqu'un a développé dans le passé. Ensuite, il doit démontrer qu'il existe un écart suffisant entre cette norme et la norme antérieure pour que le changement n'ait pas été évident pour une personne possédant « une compétence artistique ordinaire ». Ou, comme le définirait la communauté juridique européenne, l'innovation doit avoir impliqué une « étape inventive ».
Nous pensons que vous serez d'accord avec les quatre inventions Wabtec suivantes, qui passent le test avec succès.
1. La locomotive diesel-électrique : brevet américain n° 1 589 182
L'idée que la locomotive diesel-électrique, développée par General Electric (aujourd'hui Wabtec) en partenariat avec Ingersoll-Rand et l'American Locomotive Company, non seulement remplacerait la locomotive à vapeur, mais deviendrait également la norme de l'industrie au cours des 100 dernières années, n'était probablement pas anticipée.
Sauf, peut-être, par Thomas Edison.
Edison avait senti que l'électricité offrait des possibilités dont la vapeur ne pouvait que rêver dès les années 1860 et a commencé ses travaux de pionnier sur les trains entièrement électriques plus tard à Menlo Park, dans le New Jersey, en 1880. Pourtant, ce n'est qu'avec l'émergence du moteur à combustion interne de Nicolaus Otto (ICE ; inventé en 1876) en tant qu'application industrielle à la fin du XIXe et au début du XXe siècle, qui a transformé les secteurs de l'automobile, de l'aviation et du transport maritime, que l'idée de combiner un ICE et un système de propulsion électrique dans une locomotive s'est imposée.
Le moment n'aurait pas pu être plus fortuit. Les locomotives à vapeur avaient leurs défis à relever. Ils dépendaient du charbon, ce qui les rendait fondamentalement sales. Ils avaient besoin de main-d'œuvre pour pelleter le charbon du tender dans la chambre de combustion de la locomotive. Et le seul moyen de rendre les trains à vapeur plus rapides était de construire des locomotives de plus en plus grosses, qui étaient à leur tour limitées par l'infrastructure ferroviaire, car l'ensemble du système, et pas seulement la chaudière, était contraint de croître.
Edison a vu une opportunité d'amélioration progressive et, en 1925, General Electric et ses partenaires ont fait un bond en avant. Le moteur diesel-électrique était né.
« Edison a toujours eu l'intention de proposer aux chemins de fer une alternative plus propre et plus économique à la vapeur », explique Steve Gerbracht, directeur de l'architecture des locomotives et du développement de concepts chez Wabtec. « Au fur et à mesure que les utilisations industrielles des moteurs à combustion interne prenaient leur essor, GE s'est littéralement allumée pour que la locomotive, indépendamment des caténaires et des troisièmes rails, puisse héberger sa propre centrale électrique.
« Ensuite, grâce à l'utilisation d'un alternateur, l'énergie mécanique générée par l'ICE, en l'occurrence un moteur diesel, pourrait être convertie en énergie électrique qui pourrait entraîner les moteurs de traction sur les roues de la locomotive. Ce mariage du moteur à combustion interne avec l'arsenal de composants électriques et d'équipements de propulsion d'Edison a littéralement changé l'histoire des locomotives et reste la référence sur laquelle Wabtec et l'industrie dans son ensemble continuent d'innover. »
Eric Gebhardt, vice-président exécutif et directeur de la technologie chez Wabtec, ajoute : « La percée d'Edison avec le moteur diesel-électrique est la quintessence de la « pensée systémique ». Lui et son équipe n'ont pas simplement cherché à améliorer le moteur, ils l'ont repensé, notamment en ce qui concerne sa puissance et la manière dont il pouvait être utilisé. Cette approche plus holistique et axée sur les systèmes de la résolution des problèmes est au cœur des brevets historiques de Wabtec et fait partie de l'ADN de notre culture d'ingénierie. »
2. Le frein à air : brevet américain n° 124 405
Avant les freins à air, la technologie de pointe pour arrêter un train consistait à permettre aux « freineurs » de parcourir toute la longueur du train et d'actionner individuellement les freins de chaque wagon pendant que le train roulait. Cette tâche était extrêmement dangereuse et limitait la capacité d'augmenter la longueur d'un train.
Le fondateur de Wabtec, George Westinghouse, était la personne idéale pour ce poste.
Inspiré par un article mettant en lumière l'utilisation d'une perceuse pneumatique pour le creusement d'un tunnel en France, un processus qui nécessitait de pomper de l'air comprimé à travers quelque 3 000 pieds de tuyauterie, Westinghouse a élaboré un plan visant à utiliser l'air pour actionner les freins d'un train.
Son brevet original pour le frein à air, no 88929, délivré le 13 avril 1869, comportait un compresseur d'air à vapeur installé sur la locomotive qui pompait de l'air sous pression à travers un réseau de tuyaux menant aux cylindres de frein de chaque wagon. Le système, lorsqu'il a été activé par le mécanicien du train, a freiné efficacement sur toute la longueur du train.
Trois ans plus tard, Westinghouse a encore amélioré sa conception en ajoutant une « vanne triple » et un « réservoir auxiliaire » pour créer le premier système de sécurité intégré à grande échelle. En fait, le mécanicien pouvait toujours contrôler le freinage comme d'habitude, mais avec une différence essentielle : le système utilisait désormais la pression de l'air pour maintenir les freins désactivés. Et, en cas de rupture d'un attelage ou de rupture d'un tuyau, la perte de pression provoquait l'application instantanée des freins sur tous les wagons, arrêtant ainsi le train.
« La prévoyance de ce système est absolument incroyable », remarque Gebhardt. « L'examen de ces brevets datant d'il y a plus de 150 ans permet de se rendre compte que nous utilisons toujours le freinage pneumatique à l'aide de freins pneumatiques de la même manière que George Westinghouse l'avait initialement prévu. En créant ce modèle expliquant comment arrêter un train, il a également joué un rôle déterminant en permettant aux trains de croître plus longtemps et donc d'être plus productifs. »
3. Le pantographe à bras unique : brevet américain n° 2 935 576
Louis Faiveley, cofondateur de Wabtec, n'a pas inventé le pantographe, il l'a simplement amélioré de façon méconnaissable.
Les pantographes à double bras en forme de losange du début au milieu du XXe siècle correspondaient à la rigidité et à la tension des câbles aériens de cette époque. Pourtant, leur encombrement et leur masse importante n'étaient pas propices aux tensions et aux vitesses plus élevées qui s'imposaient.
Faiveley a saisi l'occasion de développer un nouveau et meilleur type de pantographe, en brisant complètement le moule avec l'invention du pantographe à bras unique (également connu sous le nom de demi-pantographe ou pantographe en forme de Z). Merveille d'ingénierie, le design élégant de Faiveley était plus léger, plus aérodynamique et utilisait ingénieusement la « portance » naturelle de l'air qui le traversait pour maintenir le panhead en contact constant avec le fil. Le nouveau pantographe a ensuite établi le record du monde de vitesse (331 km/h/206 mph) pour un train à propulsion électrique l'année même de son introduction, en 1955, et constitue la norme de l'industrie à ce jour.
Et grâce à l'innovation continue du pantographe à bras unique, d'autres performances record ont suivi. Les nouveaux modèles de pantographes Wabtec, tous redevables à Faiveley, ont permis aux trains d'atteindre des vitesses maximales de 515 km/h à 320 mi/h et 574 km/h à 356 mi/h en 1990 et 2007, respectivement. Au-delà de l'établissement de nouveaux records de vitesse, les pantographes Wabtec ont réalisé de nombreuses premières au cours des 20e et 21e siècles, notamment en matière d'innovations en matière de conception des matériaux, d'encombrement, d'intégration sur le toit, de portée des bras et de modes d'alimentation, contribuant ainsi à une prolifération de plus de 150 types de pantographes et à plus de 90 000 appareils installés dans le monde entier.
« Le travail visionnaire de Faiveley a ouvert la voie à une nouvelle ère du train à grande vitesse qui a transformé le secteur du transport en commun et, par le fait même, la vie de millions de voyageurs », admire Matt Atkins, directeur de l'ingénierie Power Collection chez Wabtec. « Dans le monde des pantographes et des trains à grande vitesse, il y a clairement un « avant et un après » marqué par l'année 1955. »
4. Alimentation distribuée LOCOTROL ® : brevet américain n° 3 380 399
Avance rapide jusqu'en 1965. L'industrie ferroviaire était avide d'énergie distribuée, un phénomène compris intuitivement par tout enfant qui a enchaîné voiture après voiture sur un train miniature. À un moment donné, lorsque le train devient trop long, il veut se séparer.
La solution ? Ajout de locomotives supplémentaires.
Mais où les mettre ?
Bien qu'il aurait été plus facile de les empiler à l'avant, une telle configuration de locomotives lourdes aurait mis trop de pression sur l'infrastructure ferroviaire existante, y compris les ponts (voir schéma), les attelages et les timon des trains. Pour résoudre ce premier « cas d'utilisation », LOCOTROL ® est né.
LOCOTROL ® représente le système de commande et de communication révolutionnaire qui permet à une locomotive sans pilote qui suit, quelle que soit sa position, de suivre les ordres de la locomotive de tête. Ainsi, si le conducteur place la locomotive dans le quatrième cran du système de commande de traction, cette commande est transmise à la ou aux locomotives situées au milieu ou à l'arrière du train.
« Les premières versions de LOCOTROL ® sont similaires aux débuts des superordinateurs », observe Danny Rush, vice-président de l'ingénierie chez Wabtec. « Il a fallu tout un wagon de marchandises rempli d'équipements RFID et informatiques pour exécuter les commandes de « contrôle à distance » de l'avant vers l'arrière du train. Dans les années 1990, nous avons réduit la taille de l'équipement à peu près à celle d'une étagère, puis, grâce aux progrès continus en matière de microprocesseurs, l'encombrement de la solution a été réduit à une boîte d'environ un pied de long. »
La puissance informatique et les réseaux de communication n'ont cessé d'évoluer, tout comme les ambitions de LOCOTROL ®, les opérateurs ferroviaires du monde entier repoussant les limites en matière de communication de commandes non seulement entre les locomotives, ce qui a permis de faire des trains de plus en plus longs, mais également entre les locomotives et les tours, et même depuis des sites totalement distants.
« Le brevet initial pour LOCOTROL ® a créé le cadre de contrôle et de communication nécessaire pour permettre une alimentation distribuée sûre sur un train, ce qui est apparu à une époque où les trains étaient de plus en plus longs, et les gains de productivité qui y étaient associés », explique Bob Palanti, architecte principal de la gestion des trains chez Wabtec. « Mais ce brevet décisif a également ouvert la voie à une révolution dans le domaine de l'automatisation, qui se prépare depuis 70 ans, qui donne naissance à de nouveaux modèles opérationnels et génère de nouvelles efficiences. Wabtec et ses clients n'en ont pas encore fini avec LOCOTROL ®, et ce n'est même pas près de le faire. »
Conclusion
L'un des signes de succès d'un brevet est la quantité d'innovations qu'il suscite et inspire par la suite. Ces quatre brevets (FAB), dont les origines remontent au milieu des années 1800, ont non seulement transformé l'industrie ferroviaire au fil du temps, mais ils sont également devenus les fondements sur lesquels les ingénieurs de Wabtec continuent d'innover à ce jour.
« Ce que chacun de ces brevets a en commun, c'est non seulement leur incroyable clairvoyance, mais aussi leur audace. Je veux dire 150, 100 et 50 ans plus tard, nous sommes toujours très attachés à la philosophie originale qui sous-tend ces brevets », conclut Gebhardt. « Edison, Westinghouse, Faiveley et d'autres ont élaboré un plan à suivre par tous les ingénieurs brillants et ambitieux : Swing for the fence. Vos idées peuvent changer le monde. »