Le Grand Canyon Railway circule depuis Williams, en Arizona — à cinquante miles au nord de Flagstaff — en suivant soixante-quatre miles de voies posées en 1901 pour transporter le cuivre, le bois et les touristes vers le South Rim.
Avant le chemin de fer, le trajet depuis Flagstaff nécessitait un voyage éprouvant de onze heures en diligence ; le train l'a réduit à trois. Dans les années 1920, le chemin de fer transportait plus de 100 000 passagers par an, rendant le canyon accessible aux voyageurs qui le considéraient autrefois comme inaccessible. Le trafic automobile a éclipsé le chemin de fer au milieu du siècle et la ligne a suspendu ses services en 1968. Max et Thelma Biegert l'ont ressuscité en 1989, restaurant les wagons Harriman et convertissant des locomotives diesel d'époque pour fonctionner à l'huile végétale recyclée.
Aujourd'hui, le chemin de fer sert à la fois de transport patrimonial et de passerelle pratique, éliminant les problèmes de stationnement au South Rim surpeuplé. Les départs de Williams — où les visiteurs de Flagstaff embarquent généralement — roulent à travers la forêt de pins ponderosa et la garrigue du haut désert, montant de 6 770 à 6 860 pieds en deux heures. Les itinéraires en train vers le Grand Canyon depuis Flagstaff se connectent à la gare historique de Grand Canyon Village, à quelques pas du sentier du bord et de l'hôtel El Tovar. La flotte du chemin de fer comprend des wagons datant de 1923, remis à neuf avec des lambris en bois d'origine et des ferrures en laiton, aux côtés de voitures d'observation modernes avec des fenêtres panoramiques.
Le South Rim, où se terminent toutes les arrivées en train, comprend l'infrastructure la plus développée du canyon : le sentier Bright Angel, le Kolb Studio, la Hopi House et douze miles de chemin pavé au bord du canyon. Les passagers du train descendent à une gare conçue par Francis Wilson en 1910, construite à partir de calcaire Kaibab local dans un style qui rappelle les strates horizontales du canyon. Le chemin de fer a éliminé 50 000 trajets en voiture par an, réduisant la congestion et les émissions le long de la South Entrance Road. Pour les visiteurs partant de Flagstaff, le voyage en train offre une alternative à l'heure de route sur l'US-180, troquant la monotonie de l'autoroute pour un passage plus lent et commenté à travers des paysages qui sont restés largement inchangés depuis que Theodore Roosevelt est arrivé pour la première fois en train en 1903.
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