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Les machines hydrauliques

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Un peu d’histoire
La découverte de l’énergie hydraulique a été l’une des plus grandes conquêtes de l’humanité. C’est une page importante de l’histoire des machines à eau que Roger Tremey nous permet ici de découvrir à travers un extrait de «Histoire de l’énergie hydraulique» de Pierre-Louis Viollet (éditeur : Presse Ponts et Chaussées).

On ne sait qui fut l’inventeur des roues élévatrices, ni où elles furent inventées. Les premières apparaissent en Egypte à la fi n du IIIème siècle avant JC, sous le règne de Ptolémée IV (221-205 avant JC). Elles sont de deux types :

Roue à tympan (fi g.1)
Il s’agit d’une roue compartimentée, avec des orifices partiels disposés sur la couronne de la roue, de telle sorte qu’au cours de sa rotation, les compartiments du bas se remplissent au passage de l’eau, tandis que ceux du haut se vident dans une goulotte au niveau de l’axe de la roue.

Roue à auget (fi g.2)
Elle comporte davantage de compartiments mais de capacité limitée car situés dans l’épaisseur de la jante, chacune munie d’un orifi ce latéral. Elle s’accommode d’une hauteur d’eau moindre au puisage et restitue l’eau à un niveau situé bien au-dessus de l’axe de la roue. La roue à tympan convient mieux pour les faibles hauteurs de relevage et autorise un volume de puisage plus important (toutes choses égales par ailleurs).
L’une et l’autre peuvent être mues par des hommes marchant sur sa périphérie, plus rarement par des animaux car il est nécessaire alors de disposer un renvoi à 90°.

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Figures 1 et 2

Deux autres machines sont clairement associées à des grands personnages de l’époque :
La pompe manuelle à deux pistons (fi g.3) que l’on s’accorde à attribuer à Clisibios d’Alexandrie, éminent savant (comme vous le savez tous... IIIème siècle avant JC).

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Figure 3

les machines hydrauliques
La « vis d’Archimède ›› (fi g.4) (287-212 av JC), qui en eut probablement l’idée au cours d’un voyage en Egypte, après avoir vu fonctionner un tympan. Elle était animée par des hommes marchant sur la circonférence,
munie d’un marchepieds. Elle était solidaire de son enveloppe et était utilisée avec une faible inclinaison. La «vis d’Archimède›› est encore largement utilisée actuellement, notamment dans les stations d’épuration, pour
relever les eaux sales à l’arrivée (grossièrement dégrillées). Elle est toutefois aujourd’hui désolidarisée de son enveloppe. Elle tolère des fluctuations de débit relativement importantes. Sa hauteur de relèvement reste généralement limitée à quelques mètres (rendement assez faible, masse importante). Les vis actuelles sont inclinées à environ 25 à 30° et peuvent accepter un débit unitaire de plusieurs mètres cubes/seconde. Elles sont particulièrement robustes.

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Figure 4

Une autre machine est la chaîne à godets (fi g.5). Elle permet une plus grande hauteur  d’élévation. Elle est en général mue par un manège d’animaux attelés pour faire tourner un axe vertical avec renvoi d’angle. La première trace de cette machine remonte au IIème siècle avant JC, en Italie centrale.

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Figure 5

Les machines élévatrices et l’énergie hydraulique.
Les roues à tympan et à augets ont été adaptées assez vite pour être mues par l’énergie même de l’eau dont elles assuraient la remontée. Sur leur pourtour sont fi xées les aubes qui, frappées par le courant, sont mises en mouvement et font tourner la roue munie des augets.
Cette évolution a donné naissance à la Noria de part le monde, et notamment au Moyen Orient, qui restera hydraulique, abondamment utilisée jusqu’à nos jours. On trouve en Syrie la plus grande et la plus ancienne (1361) des norias encore en service : 24 bras - 120 godets et aubes - diamètre de 21 m.

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Figure 6

L’irrigation a pu aussi être considérablement développée sur les terres alluviales des grands fl euves, non accessibles gravitairement par dérivation du courant. Les chaînes à godets ont également été adaptées (fi g .6) pour être mues par des roues à aubes par l’intermédiaire de plusieurs renvois d’angles (Damas, XIIIème siècle en fonctionnement jusqu’en 1960). A partir du XVIème siècle, ce type de machine se multiplie en occident. Les roues élévatrices sont les précurseurs des moulins (quelques années avant JC), à roue verticale d’abord, puis horizontale. L’utilisation de l’énergie hydraulique pour l’industrie prenait naissance. La première turbine voyait le jour en 1826 et annonçait le siècle des turbines et l’avènement de l’hydroélectricité.

Roger Tremey - Article paru dans le Monde des Moulins - N°37 - juillet 2011