Waterwheel, dispositif mécanique pour puiser l’énergie de l’eau courante ou tombante au moyen d’un ensemble de palettes montées autour d’une roue. La force de l’eau en mouvement est exercée contre les palettes, et la rotation conséquente de la roue est transmise aux machines via l’arbre de la roue. La roue à eau était peut-être la première source d’énergie mécanique à remplacer celle des humains et des animaux, et elle a d’abord été exploitée pour des tâches telles que l’élévation de l’eau, le foulage du tissu et le broyage du grain.,
Ray Manley/Shostal Associates
Un traitement de courte durée de roues hydrauliques suit., Pour un traitement complet, voir conversion d’énergie: Roues à eau.
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La combinaison de la roue hydraulique et de la tringlerie de transmission, y compris souvent l’engrenage, était depuis le Moyen Âge généralement désignée comme un moulin. Des trois types distincts de moulins à eau, le plus simple et probablement le plus ancien était une roue verticale avec des palettes sur lesquelles la force du courant agissait., Ensuite, la roue horizontale utilisée pour entraîner une meule à travers un arbre vertical fixé directement à la roue. Le troisième était le moulin à engrenages entraîné par une roue hydraulique verticale avec un arbre horizontal. Cela nécessitait plus de connaissances et de compétences en ingénierie que les deux premiers, mais il avait un potentiel beaucoup plus grand. Les roues à eau verticales se distinguaient également par l’emplacement du contact de l’eau avec la roue: premièrement, la roue inférieure; Deuxièmement, la roue de poitrine; et troisièmement, la roue supérieure. Ces roues hydrauliques utilisaient généralement l’énergie des cours d’eau en mouvement, mais les moulins à marée sont également apparus au 11ème siècle.,
Chaque type de moulin a ses avantages et inconvénients. On sait relativement peu de leur développement avant le Moyen Âge, mais certaines de leurs caractéristiques suggèrent un ordre d’apparition dans le contexte de la complexité de la construction et les possibilités d’utilisation.
La simple roue verticale nécessitait peu de structure supplémentaire, mais la force et la vitesse de décollage dépendaient des caractéristiques du flux et du diamètre de la roue., Comme le changement de direction de la puissance n’était pas impliqué, cette roue s’est avérée très utile pour élever l’eau, en utilisant, par exemple, une chaîne de pots travaillés par un entraînement par chaîne.
Le Moulin à roue horizontale (parfois appelé un moulin nordique ou grec) nécessitait également peu de construction auxiliaire, mais il était adapté pour le broyage parce que la meule supérieure était fixée sur l’arbre vertical. Le moulin, cependant, ne pouvait être utilisé que lorsque le flux de courant était approprié pour le broyage.
Le broyeur à roues verticales à engrenages était plus polyvalent., La Construction était relativement simple si la roue était du genre undershot, parce que les palettes de roue pouvaient être simplement plongées dans le flux du cours d’eau, que ce soit la rivière, la marée ou le millrace construit par l’homme. Un mécanicien de chantier pouvait choisir son rapport de démultiplication pour faire correspondre l’utilisation de la puissance avec le débit du courant, et la roue pouvait être montée dans une arche de pont ou sur une barge ancrée au milieu du courant. Vitruve a décrit la première roue verticale à engrenages pour laquelle nous avons de bonnes preuves. Ce moulin est également d’une importance majeure car il a été la première application de l’engrenage à utiliser autre que la puissance musculaire., Ce moulin avait une roue inférieure et, contrairement aux roues supérieures ou supérieures, n’utilisait pas le poids de l’eau qui tombait.
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Les moulins avec poitrine à engrenages et roues dépassées nécessitaient plus de construction auxiliaire, mais ils permettaient l’exploitation la plus généralisée de l’énergie hydraulique disponible., Un problème de construction majeur a été de localiser un moulin où la chute d’eau serait adaptée au diamètre souhaité de la roue. Soit un long millrace en amont, soit un barrage pourrait être utilisé.
On connaît peu de détails sur le développement des moulins à engrenages entre L’époque de Vitruve et le XIIe siècle. Une installation exceptionnelle a été le moulin à grains de Barbegal, près D’Arles, en France, qui avait 16 roues dépassées en cascade, chacune 7 pieds (2 mètres) de diamètre, avec engrenage en bois. On estime que cette usine pourrait répondre aux besoins d’une population de 80 000 habitants.,
Bien que le moulin à engrenages très adaptable, avec ses conditions de flux très diversifiées, ait été utilisé dans l’Empire romain, les preuves historiques suggèrent que ses conséquences industrielles les plus dramatiques se sont produites au Moyen Âge en Europe occidentale. Après le 13ème siècle, la roue hydraulique dépassée semble être devenue plus courante que la roue inférieure.
Le moulin à engrenages du Moyen Âge était en fait un mécanisme général d’utilisation de l’énergie., La puissance d’un moulin à cheval ou à bétail était faible par rapport à celle des roues à eau dépassées, qui généraient généralement de deux à cinq chevaux.
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