Un train à vapeur circule pour la première fois au monde le 21 février 1804, à Pen-y-Darren, une région minière du pays de Galles, près de Merthyr Tydfil.
La locomotive a été conçue par l'ingénieur des mines Richard Trevithick, passionné par la motorisation à vapeur. Elle tracte ce jour-là dix tonnes de fer et 60 personnes montées sur cinq wagons, effectuant 16 km en 4 heures et 5 minutes.
Parmi quelques autres réalisations de Richard Trevithick, la locomotive «Catch me who can» (M'attrape qui peut) finira à Londres, dans un manège.
L'idée de faire circuler des charges lourdes sur des rails remonte sinon à la nuit des temps du moins aux premières exploitations minières.
Dès l'époque médiévale, en Europe, ces exploitants s'aperçoivent en effet que les charrettes de produits lourds rencontrent moins de résistance au frottement lorsqu'elles roulent sur des rails. Ces rails improvisés sont d'abord en bois et les véhicules eux-mêmes sont tirés par des chevaux.
Avec le développement de la métallurgie, on remplace peu à peu les rails en bois par des rails en fer, ce qui améliore encore de beaucoup les performances de la traction.
Au pays de Galles, où les fonderies ont des produits lourds à transporter, le transport sur voie ferrée apparaît très tôt comme la solution idoine. Reste le problème de la traction : doit-on se limiter à des chariots tirés par des chevaux ?
L'invention de la machine à vapeur par James Watt en 1776 et les premiers engins mus par la vapeur, comme le fardier de Cugnot, laissent espérer des solutions plus performantes.
Samuel Homfray, propriétaire des fonderies de Penydaren, met au défi son ami ingénieur Richard Trevithick de construire un engin capable de tracter dix tonnes.
C'est ainsi qu'il conçoit la première locomotive à vapeur, avec une chaudière montée sur chariot ; la vapeur sous pression actionne un piston, lequel fait tourner un grand volant extérieur.
Richard Trevithick, toutefois, néglige d'exploiter son savoir-faire. Inventeur dans l'âme, il abandonne à d'autres le passage du ferroviaire à la phase industrielle.
Différents artisans se lancent dans la traction ferroviaire, pour les besoins de la sidérurgie et des mines.
En 1825 est inaugurée la ligne Stockton & Darlington, dans les Midlands. Il s'agit de la transposition à l'air libre d'un chemin de fer minier, avec ses chevaux et ses machines à vapeur fixes qui tirent les wagonnets. Outre le transport du charbon, elle s'accommode du transport de voyageurs.
Cette ligne très rustique est un lieu d'expérimentation capital avant la décision de construire une première ligne ferroviaire commerciale entre Liverpool et Manchester.
Pour ce projet capital, les autorités locales organisent un concours, avec une récompense de 500 livres sterling, afin de sélectionner un constructeur capable de faire rouler sur rails un engin de moins de 6 tonnes à la vitesse de 16 km/h. Les concurrents doivent se prêter à une démonstration sur un circuit, à Rainhill, dans les Midlands. Le concours s'étale sur une semaine et attire des curieux de toute l'Angleterre.
Parmi les concurrents, la «Sans Pareil» de Timothy Hackmorth atteint la vitesse de 30km/h. Son concepteur est un ingénieur qui travaille sur la ligne du Stockton & Darlington. Il prend sur ses nuits pour construire la machine dans les ateliers de la ligne. Malheureusement, le jour du concours, il joue de malchance et essuie de nombreuses pannes, réussissant tout de même à tracter 19 tonnes sur 36 km à la vitesse de 22 km/h.
C'est finalement Georges Stephenson et son fils Robert qui remportent la récompense avec leur locomotive, «The Rocket» (la «Fusée»), plus performante et ingénieuse, avec des astuces techniques empruntées à la «Sans Pareil».
Elle prend l'apparence que l'on connaît depuis lors aux locomotives à vapeur, avec une chaudière horizontale, un foyer à l'arrière et une cheminée à l'avant. Sa chaudière tubulaire multiplie par quatre la production de vapeur par rapport aux simples chaudières. Un «tender» contenant l'eau et le charbon est attelé à l'arrière de la locomotive. D'un poids d'à peine plus de 4 tonnes, elle roule jusqu'à 56 km/h. C'est le premier record du monde de vitesse.
Georges Stephenson fournit donc les premières locomotives de la ligne commerciale Liverpool-Manchester, laquelle fait chuter de moitié le prix des marchandises lourdes vendues à Manchester. La ligne s'avère très rentable pour les actionnaires de la compagnie. Le succès est tel que bientôt, Stephenson n'arrive plus à fournir.
En 1835, c'est à une locomotive fournie par les établissements Sharp & Roberts que revient la gloire de franchir la barre des 100 km/h. La nouvelle fait sensation et commence à inquiéter les professionnels du transport (diligences, coches d'eau etc).
Dans les années qui vont suivre, ils ne vont avoir de cesse de multiplier les obstacles à la construction de lignes, voire de saboter les chantiers, en Angleterre comme ailleurs.
Mais rien n'y fait. Il faut dire qu'en dépit d'investissements importants, les promoteurs du chemin de fer réalisent des profits colossaux, jusqu'à 50% par an, tant dans le transport de marchandises que dans celui de voyageurs. Les investisseurs et les épargnants se laissent griser par ce secteur aux allures d'eldorado.
Déjà la technologie ferroviaire franchit la Manche et atteint le Continent. Des lignes à usage minier ou de démonstration sont réalisées en Belgique et en France.
Les Belges inaugurent une première ligne pour le transport des voyageurs entre Bruxelles et Malines, le 5 mai 1835
La même année, le 7 décembre 1837, en Allemagne, une première ligne de 6,4 km est ouverte entre Nuremberg et la ville voisine de Führt, au nord de la Bavière.
En France, une première voie ferrée a été ouverte en 1827 pour le transport des marchandises, entre Saint-Étienne et Andrézieux (18 km), deux villes du bassin industriel et minier de la Loire. Elle a été étendue aux voyageurs en 1832. Puis est ouverte en 1835 la ligne Saint-Étienne-Lyon (57 km), pour le transport de marchandises lourdes et de produits sidérurgiques.
Le 24 août 1837, en avance de quelques mois sur le roi Louis 1er de Bavière, la reine Marie-Émilie, épouse de Louise-Philippe 1er, inaugure la première ligne française dédiée au transport de voyageurs. Cette ligne relie Paris à Le Pecq (18 km). Elle est dix ans plus tard prolongée jusqu'à Saint-Germain-en-Laye, de l'autre côté de la Seine.
En 1842, sur la ligne Paris-Versailles se produit le premier drame ferroviaire de l'Histoire : 55 morts. Malgré son caractère spectaculaire et inédit, il ne remet pas en cause la confiance des banquiers et de l'opinion publique dans ce nouveau mode de transport.
En 1848, à la veille de faire sa révolution industrielle, la France compte déjà près de 2000 km de voies ferrées. En 1860, l'Allemagne en a quant à elle 11.000.
Il n'y a pas beaucoup de livres en français sur la naissance du chemin de fer. On peut retenir un bel album aux Éditions Atlas : Les trains de légende (2000).