Les objets techniques, conçus et réalisés par les hommes ......sommes et les différences apparaissent dans des fenêtres placées au-dessus des roues. Dans le contexte technique

La transmission du mouvement LE PETIT JOURNAL

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Les objets techniques, conçus et réalisés par les hommes, constituent autantde réponses aux différentes « situations problème » rencontrées poursatisfaire les besoins de la société. Les grands principes tels que bielle,manivelle, engrenages, cames, ressort, pendule, etc. traduisent l’évolutiondes techniques et constituent les premières machines mécaniques.

« Il n’y a pas d’imagination sansmémoire » écrivait Diderot dans sonEncyclopédie. Au début, l’homme a utiliséses muscles et sa force pour générer dutravail. D’inventions en révolutions,repoussant sans cesse les limites de sonsavoir et de son savoir-faire, l’homme s’estapproprié des techniques de plus en plusévoluées, fruit de son imaginationcréatrice, allant de l’infiniment petit àl’infiniment grand, afin de dominer sonenvironnement proche et lointain.Pendant des millénaires, jusqu’au XVIIIe

siècle, la mécanique a été la grande forcede l’homme. Vaucanson, avec sesrecherches sur les automates, en témoigneson « canard digérateur », pensait pouvoirenfin assouvir un grand rêve : construireun homme entièrement mécanique.Aujourd’hui, associée à d’autres énergies,la mécanique est toujours là, au cœur desrobots, dans toutes les machines-outilsindustrielles pour assurer une productionde qualité où l’homme utilise plus sonintelligence que sa propre force.

I- INSTRUMENT SCIENTIFIQUE

La machine à calculerBlaise Pascal (1623-1662) a commencéses recherches sur la machine arithmétiqueen 1642 à Rouen, pour aider son père,Etienne Pascal, alors chargé de remettre enordre les recettes fiscales de Normandie. Àl'âge de 19 ans, il invente une machinecomportant un astucieux système quipermet de réaliser des additions et dessoustractions, par simple manipulation desix roues sur le couvercle d'une boîteoblongue de petite dimension. Lessommes et les différences apparaissent

dans des fenêtres placées au-dessus desroues. Dans le contexte technique del’époque, la « Pascaline » n’a pas le succèsattendu. Mais la simulation mécaniqued’un processus intellectuel était né !La programmation n’est pas nou-velle puisqu’elle apparaît avec les rouagesdes horloges. Cependant, la machinearithmétique de Pascal se distingue par laprogrammation de règles opératoires. Onconsidère sa machine comme étant lepremier processeur d’information1.

La principale caractéristique de cettemachine réside dans son reportautomatique des retenues, dont le principeest fondé sur un dispositif mécaniquecomposé d'une série de roues dentées,numérotées de 0 à 9, et reliées de telle

1 Unité centrale d'un ordinateur capable d'exécuterla séquence d'instructions du programme contenudans la mémoire


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manière que la rotation complète de l'une

d'elles fait avancer la suivante d'un cran.Pour transmettre le mouvement d’une roueà l’autre, de l’énergie est accumulée par unsautoir dont la retombée provoquera uneréaction en chaîne permettant à l’ensembledes roues de tourner.

� 1 Machine arithmétique de Blaise Pascal pourmesures monétaires, 1645. Inv. 19600-0001-

La balanceLes différents types de balances au coursdes siècles (balance à plateaux suspendus,dite égyptienne, balance romaine à brasinégaux, balance de Roberval à plateauxhorizontaux) utilisent le principemécanique du levier. En utilisant les boîtesde masses marquées, ces balances ontpermis d’obtenir une grande précision dansla mesure de la masse des corps. Le peson

utilise le principe de la déformation d’unressort sous l’effet d’une force.

� 2 Balanceromaine, milieuXVIIIe. Inv. 00890-0002-

� 2 Balance deRoberval, XIXe.Inv. 09574-0000-

L’horloge mécaniqueLes horloges médiévales utilisent le poidscomme moteur. Mais elles sont lourdes etne peuvent être transportées. Au XVe

siècle, on remplace le poids moteur par unressort spiral. Ce dernier exerce une forceplus importante au début de sa détente qu’àla fin. Pour pallier cet inconvénient, on lerelie à une chaînette. L’évolution du rayonde la fusée permet de compenser ladiminution de l’effort du ressort.L’usage du ressort et de la fusée a permisde construire des horloges de table et plustard des montres.

La mise au point d’horloges marines fut unenjeu considérable. Le Suisse FerdinandBerthoud (1727-1807), horloger du roi,chercha à trouver les meilleursmécanismes pour obtenir en mer une heurefiable. Il y parvint en associant un gril decompensation au spiral de façon àmaintenir constante la fréquenced’oscillation du balancier.


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� 3 Horloge n°8 de Berthoud, 1767.Inv. 01389-0000-

L’atelier de Ferdinand Berthoud, véritablelaboratoire de recherche, a été racheté parle roi Louis XVI en 1782. Il comprenait ungrand nombre d’outils et de machinesoutils pour la fabrication des piècesd’horlogerie.

II- MATÉRIAUX

Au XVIIIe siècle, la mécanisation touchel’industrie textile.

Le métier automatiqueJacques Vaucanson, célèbre pour sesautomates, est nommé en 1741 inspecteurdes manufactures de soie. Il imagine desmachines qui améliorent le moulinage dela soie et le tissage des façonnés. Avec desengrenages, des cames, des vis sans fin etune manivelle, son métier à tisser est unvéritable automate reproduisant le geste dutisseur. L’étoffe se fabrique seule : cadres à

lisses et navette sont actionnésautomatiquement. Ce métier est resté àl’état de prototype, suscitant bien desréticences de la part de la corporation destisserands.

Schéma du métier àtisser de Vaucanson

� 4 Métier à tisser deVaucanson, 1748.Inv.00017-0000-

Quelques décennies plus tard, Jacquardprend exemple sur cette extraordinairemécanique pour construire son métier etdévelopper ainsi la production desfaçonnés de soie dans toute l’Europe. Ilremplaça notamment le rouleau de cartonperforé, programmant le tissage, par descartes perforées attachés les unes auxautres et interchangeables. Ceci permit uneplus grande souplesse dans la réalisationdes motifs.

� 5 � Métier à tisseravec mécaniqueJacquard , vers 1810.Inv. 07641-0000-


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Le système bielle-manivelleInventé au cours de la Renaissance, cesystème permet la transmission dumouvement en le faisant passer d’unmouvement circulaire continu à unmouvement rectiligne alternatif oul’inverse. Il connaît vite de nombreusesutilisations, en particulier dans les tours, lerouet équipé d’une pédale, les scieshydrauliques, les pompes aspirantes etfoulantes pour pomper les eauxd’infiltration des mines ou pourapprovisionner les villes en eau, commeNuremberg au XVe siècle, Londres en1582 ou encore Paris en 1608.

� 6 Rouet à filer avec dévidoir, 1748.Inv. 03934-0000-

III- CONSTRUCTION

En Egypte, les pyramides étaientconstruites par les hommes. On se souciaitfort peu de mettre en application lesinventions connues des Grecs, comme laroue à dents, les engrenages, les cames,dans la fabrication de machinessusceptibles d’alléger le travail deshommes. En revanche, au Moyen Âge, onexploite au maximum la roue. Sur le

chantier, les lourdes charges sont soulevéespar des engins tels des chèvres, des grues àcage d’écureuil, des treuils.

� 7 Grue deBrulé, fin XVIIIe.Inv. 01179-0000-(≈ grue à caged’écureuil)

L’homme s’est servi ensuite d’outils, demachines-outils, de matériaux, detechniques de plus en plus élaborés.Le XVIIIe siècle et le XIXe siècle sontmarqués par des travaux d’aménagement etd’assainissement : ports, canaux, routes,ponts, rails, immeubles font partie desgrands travaux contribuant à l’essor socialet économique du pays. Fonte, acier, béton,sont des matériaux lourds utilisés dans laconstruction… Il faut alors des enginspuissants pour les soulever et lestransporter.

� 8 Grue de Cavé,1841. Inv. 02703-0000-

La grue de François Cavé peut supporterau bout de son bras de bois une charge de20 tonnes. Implantée profondément dans lesol, aucun contre-poids n’est nécessairepour équilibrer le côté opposé. Cette grueest actionnée à la main par deux hommesseulement, grâce à une démultiplicationimportante. Elle pivote sur son axe par desgalets de fonte.


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� 9 Excavateur Couvreux, 1870.Inv. 09212-0000-

L’excavateur de Couvreux, muni degodets, peut déblayer un terrain sec ouhumide. Il circule sur un rail et avance aurythme des travaux. Les gravats sontchargés dans des wagons qui circulent surune voie parallèle, le tout, poussé par unemachine à vapeur.

� 10 � Tunnelier pour le creusement du métrode Madrid, 1998. Inv. 43956-0000-

Au XXe siècle, on creuse sous les villes,sous les mers (tunnel sous la Manche),sous les fleuves, sous les routes et lesimmeubles (couloirs du métro). Letunnelier pour le percement du métro deMadrid possède un bouclier de diamètreégal à celui du trou à percer. La têteforeuse attaque la roche en tournant, unsystème permet l’évacuation des gravats,un érecteur permet la pose de voussoirs desoutien.

IV- COMMUNICATION

Transmettre, communiquer, enregistrer,recevoir… ces modes de communicationont permis à l’homme d’échanger tout typed’informations.

L’an 1440 : la naissance de l’imprimerieLa presse à platine à deux coups constituedès le XVe siècle, en Europe, la piècemaîtresse de l’atelier typographique quiassure l’essor du livre. Elle est en bois etpermet de multiplier rapidement les tiragesdes pages de caractères ou les gravures.

� 11 � Pressetypographique à deuxcoups, XVIIIe.Inv. 12124-0000-

Principe : le pressier pousse sous la platinele chariot portant la forme faite des pagesassemblées de caractères mobiles,recouverte de la feuille de papier àimprimer. Il tire ensuite le levier de lapresse, actionnant la vis qui provoquel’abaissement de la platine et la pressiondu papier sur la forme. La presse en boisest dite à deux coups car la pression n’étantpas suffisante, la page est imprimée endeux moitiés. Elle assure un tirage horairede 30 feuilles.


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� 12 � Presse rotative de Marinoni, 1883.Inv. 10733-0000-

En 1866, Hippolyte Marinoni livre lapremière presse rotative au quotidienparisien La Liberté. La production encontinu du papier permet de l’équiper d’ungros rouleau. Les pages de caractères sontd’abord moulées. Dans ces moules sontensuite coulés des clichés cintrés disposésl’un au dessus de l’autre. Munis decylindres de pression et d’un systèmed’encrage, le papier défilant en continus’imprime recto/verso. Après l’impression,la feuille est pliée et coupée. C’est le débutde la presse populaire à grand tirage.

Le cinémaLe 13 février 1895, Louis et AugusteLumière déposent le brevet d’un « appareilservant à l'obtention et à la vision desépreuves chronophotographiques » : lecinématographe. Ils s’inspirent, pourentraîner la pellicule, de l’invention deThimonnier pour son « couso-brodeur »,première machine à coudre.

� � 13 Prototype duCinématographe desfrères Lumière,1894.Inv. 16966-0000-

Le brevet des frères Lumière porte sur unpoint précis : le système d’entraînement dela pellicule. En effet, il faut que les imagesdéfilent et s’arrêtent pendant moins d’1/15e

de seconde pour être confondues par l’œildu téléspectateur. En réalité, la cadence dedéfilement est de 16 à 18 images parseconde.

Le 28 décembre 1895, 10 ans après lepremier essai de projection d’un filmtourné par Louis Lumière, cet appareil sertà la première projection publique des frèresLumière.

V- ENERGIE

La recherche d’énergie, depuis le MoyenÂge, a été pour l’homme un souciconstant : l’eau, le vent, le pétrole,l’uranium, le soleil… sont des sourcesd’énergies primaires que l’homme acherché à maîtriser et à convertir dans desmachines de plus en plus performantes.

La roue hydrauliqueLa machine de Marly a été construite en1684 par le menuisier mécanicien liégeoisRené Sualem, dit Rennequin, à la demandede Colbert pour le roi Louis XIV, afind’alimenter en eau les fontaines deVersailles. Il fallait élever l’eau de 160mètres !


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La puissance motrice de la machine deMarly est fournie par 14 roues à aubes de12 mètres de diamètre. Ces rouesactionnent des pompes aspirantes etfoulantes qui montent en 24 heures environ3000 m3 d’eau. La machine a étéremplacée plusieurs fois au cours du XIXe

siècle et démolie en 1968.

� 14 Machine de Marly, 1684. Inv. 00173-0000-

Au XIXe siècle, la roue hydraulique n’estpas abandonnée. Mathématiciens etphysiciens cherchent à améliorer sonrendement. On calcule la pression exercéesur les pales, on détermine le diamètreoptimal des roues et des hauteurs de chuted’eau, on fabrique les roues en acier et desroues en dessous type Poncelet, dont laforme courbe des aubes élimine les pertesprovoquées par le choc de l’eau sur lespales. Néanmoins, les roues de dessus, oùl’eau agit par son poids et non par savitesse comme dans les roues de dessous,restent de rendement bien meilleur.

� 15 � Rouepar en dessous typePoncelet, 1828.Inv. 04054-0000-

Le moulinLe Moyen Âge utilise également l’énergieéolienne. Les moulins à vent comme à eau,sont utilisés pour bien d’autres usages quepour la mouture du grain : moulins à

foulons (traitement du chanvre, pâte àpapier), à bois (scieries), travail desmétaux (soufflets de forge, moulins àmartinets), traitement des oléagineux, desminéraux (concassage, broyage, polissage).

� 15 Moulin à vent àcalotte tournante, 1800-1840. Inv. 4074

La machine à vapeurL’Ecossais James Watt (1736-1819),améliore la machine à vapeur. Il donneainsi naissance à un premier moteurthermique fiable qui va peu à peupermettre un changement radical du travaildans les manufactures.Deux innovations vont rendre cettemachine très efficace :• le condenseur, séparé de la chaudièrepour condenser la vapeur et éviter ainsi derefroidir le cylindre ;• le double effet de la vapeur sur le piston :en injectant la vapeur alternativement surles deux faces du piston, chaque coupdevient alors moteur et le rendement estconsidérablement amélioré.Pour réguler l’arrivée de la vapeur, Wattutilise le régulateur à boules. Si la vitessede la machine devient trop importante, lesboules s’écartent et actionnent le levier decommande de la fermeture des soupapes.La machine de Watt, fonctionnant encontinu, remporte un vif succès de par laquantité d’énergie qu’elle peut fournir. Letravail est plus rapide et, très vite on voitapparaître dans les manufactures ladivision du travail en tâches successives.


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� 16 � Machine à vapeur de Watt, 1780.Inv. 04063-0000-.

Le moteur à explosionEn 1860, la presse salue l'avènement dumoteur d'Étienne Lenoir. De faibleencombrement, facile à installer dans lesimmeubles où le gaz est distribué à tous lesétages, offrant plus de sécurité que lamachine à vapeur, ce moteur à deux tempsest rapidement adopté par des petitesindustries et favorise le développement del'artisanat à domicile ou les petits ateliers.Il fonctionne sans chaudière ni condenseur.C'est un moteur à combustion internebrûlant du gaz d'éclairage à l'intérieur ducylindre. Sa mise en route est immédiate etson approvisionnement en combustible,automatique.

� 17 � Moteur à gaz Lenoir, 1860.Inv. 07652-0000-

Le moteur Lenoir, dépendant de sa sourced'énergie, n'est cependant pas transpor-table. De nombreuses améliorations luiseront apportées : le Français Beau deRochas, en 1862, comprend la nécessité decomprimer le mélange avant de le faire

exploser. Il invente le principe du moteur àquatre temps à combustion interne que lecomte de Dion, en 1876, va perfectionneren le faisant fonctionner avec un nouveaucarburant liquide : l’essence extraite dupétrole. Le moteur de Dion équipe ainsides petits véhicules, des tricycles, etc. Lesuccès est immédiat !

� 18 Moteur deDion, 1876.Inv. 13170-0000-

VI- MÉCANIQUE

La mécanique est utilisée pour soulever,tirer, transporter, façonner, filer, tisser,tailler, cisailler, creuser, pomper, mesurer,réaliser en grande série des produits, desmachines… La mécanique est au cœur dela production industrielle. Depuisl’Antiquité existent palans, poulies,cames, vis sans fin, roues dentées, chaînede transmission, etc.

Le levier« Donnez-moi un appui et je déplacerai lemonde », aurait dit Archimède au IIIe

siècle avant notre ère. Connu depuis lapréhistoire, le levier a permis aux hommesde soulever les grosses pierres ou lestroncs d'arbres nécessaires auxconstructions. Dans un levier on distingue :un point d'appui autour duquel pivote lelevier, une charge à soulever et une forceappliquée pour soulever cette charge.Aristote parlait de « paradoxe de lanature » à propos du levier : une petiteforce appliquée loin du point d'appui étantbeaucoup plus efficace qu'une grande forceappliquée près de ce point. Dans le levierde La Garouste, le mouvement alternatifdu levier fait tourner un treuil, toujoursdans le même sens grâce aux deux cliquetsengagés dans les rochets. On peut


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considérer la roue comme un levierpivotant sur 360° autour d'un point d'appui,appelé essieu. La catapulte n'est plus guèreusitée, mais les ciseaux, les casse-noix, lesrames, les crics et les balances font partiedes objets simples dont le fonctionnementrepose sur le principe du levier.

� 19 � Levier de La Garouste, 1697.Inv. 08387-0000-

Les engrenagesLes premiers engrenages sont en bois, àaxes parallèles et denture droite. Les dentssont formées par des barreaux de boisfichés à force sur le pourtour de largestambours en bois. Les roues, situées dansun même plan, peuvent ainsi s’engrener.À la fin du Moyen Âge, la forme desengrenages évolue. Ils sont dits « àlanterne », composés d’une roue dentées’engrenant dans un tambour formé dedeux disques en bois reliés par desbarreaux pouvant ainsi transmettre desefforts importants. Ces engrenagesconviennent parfaitement aux mouvementslents des moulins.

� 20 Engrenages deThéodoreOlivier, vers1840. Inv.05459-0000-

Au XVIIe siècle, Claude Perrault etHuygens étudient la forme que doiventavoir les dents pour rouler les unes sur lesautres et non glisser ou frotter. Leproblème est résolu en 1794 par White.Lorsque, conçus géométriquement, lesdentures cessent d’être droites, lesengrenages deviennent hélicoïdaux.

� 21 Engrenageintérieur de La Hirefin XVIII e.Inv. 08384-0000-

Les toursInventé au Moyen Âge, le tour à bois àperche permet de tourner une pièce engardant les mains libres grâce à l’emploid’une corde enroulée autour de la pièce,corde attachée ensuite en haut à une percheet en bas à une pédale.

� 22 � Tour àperche, XIXe.Inv. 20661-0000-

Vaucanson crée en 1751, le premier tourindustriel, entièrement métallique, pourtourner des calandres, cylindres destinés àécraser les tissus de soie. Le chariot portel’outil de coupe, il n’est donc plus tenu à lamain.


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� 23 Tour à charioter de Vaucanson, 1751.Inv. 00016-0000-

Les machines à tailler les limesLes machines-outils, fabriquées par leshorlogers au XVIIIe siècle, sont remar-quables par leur valeur technique maisaussi par leur beauté esthétique.

� 24 � Machine à tailler les limes 1750.Inv. 04162-0000-

La machine à tailler les limes estautomatique. Une manivelle permet detourner un marteau qui retombe sur unburin pour entailler la lime. Celle-ciavance automatiquement pour que lesentailles soient régulièrement espacées. Sadureté sera obtenue par traitementthermique pour lui permettre de limerdifférents matériaux.

Les automatesAu XVIIIe siècle, les androïdesapparaissent : ils parlent, ils marchent ouils jouent de la musique, en témoigne laJoueuse de tympanon de Kintzing etRoentgen, construite en 1784 pour la reineMarie-Antoinette.

� 25 La joueuse de Tympanon, 1784.Inv. 07501-0000-

Le tympanon possède 46 cordes et lajoueuse peut jouer 8 airs différents sur cetinstrument. Le mécanisme comprend unressort moteur, un cylindre qui porte 16rangées de picots et 16 profils de cames.Grâce à des leviers, les cames actionnentles avant-bras et les picots, les marteaux.

Roulement à billesLe mouvement crée des frottements, doncde l’usure. Depuis l’invention de la roue,on sait que pour déplacer une charge, ilvaut mieux la faire rouler plutôt que lapousser ou la tirer. Bien que Léonard deVinci en ait dessiné auparavant, c’est auXVIIIe siècle que l’Anglais Philip Vaughandépose le premier brevet de roulement àbilles. Depuis, on les retrouve partout, dansles jouets, les machines-outils et les enginsde transport.


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� 26 � Roulements à billes, début XXe.Inv. 16260-0000-

VII- TRANSPORTS

Les cyclesEn 1791 à Paris, le comte de Sivrac auraitfait réaliser le premier prototype debicyclette, baptisé « célérifère », sorte decheval de bois adapté à l’adulte. Très vite,son invention est rebaptisée « vélocifère »,puis « vélocipède » puisque sa propulsionse fait à l’aide des pieds sur le sol. Lapremière draisienne, inventée par le baronallemand de Drais en 1818, permet de faire« 14 lieues en 15 heures » en se propulsantsimplement avec les pieds, mais elle rendpossible l’orientation de la roue avant.Vers 1861, les frères Michaux ajoutent despédales sur la roue avant dont le diamètreest plus important que celui de la rouearrière. Vers 1865, des freins y serontajoutés. Toutes ces pièces ne sont plus enbois mais en métal. Le premier vélocipèdebaptisé « bicyclette » date de 1879. On ledoit à Henry J. Lawson. La bicyclette estalors dotée d’un pédalier à chaîne.

� 27 � Vélocipède Michaux, 1865.Inv. 14064-0000-

Grâce à Clément Ader, aux frèresMichelin, la bicyclette devient plus légèreet de plus en plus confortable. On luiajoute un cadre en tube d’acier creux, unbandage en caoutchouc sur les roues, uneselle à ressort, des freins plus performants.Il faut attendre le début du XXe siècle pourvoir la bicyclette équipée de dérailleurs etprendre une allure moderne. La « petitereine » a eu très vite un grand succès. Lacourse organisée en 1869 près de Parislance le sport cycliste.

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A l’âge de l’électronique, la mécaniqueexiste encore. Souvent cachée, elle devientplus discrète en se miniaturisant au cœurdes machines-outils et des robots afin deleur permettre de transmettre lemouvement avec précision sans frottementet usure excessive.

Rédaction : C. EffantinPhotos : © Musée des arts et métiers/ CNAMIllustrations : S. Picard, M.-M. Collin, L. Derrien.Sources :Bruno Jacomy, Une histoire des techniques, Ed.duSeuil, 1990, 366 p.Elisabeth Drye, Histoire des techniques, de l’an milà nos jours, Hatier, 1992, 128 p.Histoire d’objets techniques, cédérom, Delagrave,2001Encyclopaedia UniversalisLe livre du maître et de l’élève, Sciences ettechnologie, Cycle 3, Nouvelle collectionTavernier, Bordas.Le livre de l’élève, Sciences et Technologie, Cycle3 niveau 1, coll. Tournesol, Hatier.

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