Une image composée de l’axe en ligne, à la manufacture, à l’arrière un dessin d’un train d’actionnement à deux c

Les Campbell ont trouvé le moyen de transmettre et de redistribuer la puissance de deux chevaux à toutes leurs machines-outils ce qui leur a permis d’améliorer la productivité de leurs artisans. Ainsi, une manufacture spécialisée dans la production de voitures tirées par des chevaux est elle-même activée par des chevaux!

Leslie Van Patter
Paul Bogaard, Adèle Hempel, Johanne Gnassi
19-20e siècle
© 2007, Tantramar Heritage Trust. Tous droits réservés.


Une manufacture de carrosserie produit des voitures tirées par un ou deux chevaux et elle fonctionne grâce à la puissance motrice des chevaux. Les machines de cette manufacture étaient en usage près de 70 ans avant l’introduction de l’électricité et 50 ans avant celle des moteurs à essence. La manufacture aurait pu utiliser l’énergie hydraulique mais le meilleur emplacement pour utiliser cette énergie était déjà pris. Pour Ronald Campbell le choix était simple – utiliser la puissance du cheval ou abandonner la fabrication de voitures tirées par des chevaux.

Les manèges à chevaux n’étaient pas inconnus1, mais ils n’étaient pas très répandus dans les Maritimes contrairement aux trépigneuses et aux cabestans portatifs. Les moulins à vent et les différents moulins activés par l’eau étaient aussi très répandus mais, avant 1850, ils devaient utiliser tout un assemblage très lourd de roues et de dents en bois. Heureusement Pour en lire plus
Une manufacture de carrosserie produit des voitures tirées par un ou deux chevaux et elle fonctionne grâce à la puissance motrice des chevaux. Les machines de cette manufacture étaient en usage près de 70 ans avant l’introduction de l’électricité et 50 ans avant celle des moteurs à essence. La manufacture aurait pu utiliser l’énergie hydraulique mais le meilleur emplacement pour utiliser cette énergie était déjà pris. Pour Ronald Campbell le choix était simple – utiliser la puissance du cheval ou abandonner la fabrication de voitures tirées par des chevaux.

Les manèges à chevaux n’étaient pas inconnus1, mais ils n’étaient pas très répandus dans les Maritimes contrairement aux trépigneuses et aux cabestans portatifs. Les moulins à vent et les différents moulins activés par l’eau étaient aussi très répandus mais, avant 1850, ils devaient utiliser tout un assemblage très lourd de roues et de dents en bois. Heureusement pour les Campbell, quelques décennies avant qu’ils n’installent leur manège à cheval, des mécaniciens avaient mis au point un système de courroies en cuir et de poulies fixées sur des arbres d’entraînement pour transmettre et distribuer la puissance motrice.

Selon une source : « pour transmettre l’énergie de la roue à aubes… les anciens moulins étaient munis d’un système de roues dentées et d’arbres de rotation. Cette méthode avait l’inconvénient d’être lente, bruyante, et les secousses donnaient lieu à de nombreuses défaillances mécaniques. En 1828, un maître mécanicien de Lowell au Massachusetts met au point un système de courroies en cuir et de poulies. La poulie motrice… transmet le mouvement d’un arbre principal à de plus petits arbres secondaires… et puis aux machines. L’utilisation de courroies et de poulies se traduit par une transmission plus uniforme et plus efficace de la puissance et par moins de bris mécaniques. Peu de temps après, l’utilisation de poulies motrices et de courroies en cuir se répand dans les moulins partout à travers les États-Unis. »2

Le manège à cheval original de la carrosserie Campbell n’a pas subsisté, mais nous avons déterminé son emplacement. Le système de courroies et de poulies est encore en place ainsi que deux grands tours actionnés par des courroies, une ponceuse à courroie et une affûteuse pour aiguiser les outils. Il n’y a plus de trace d’une longue scie d’établi pour l’usinage du bois d’oeuvre, d’une scie circulaire à table, d’une scie à ruban et d’une espèce de raboteuse. On compte donc au moins huit différentes machines qui requièrent une impulsion motrice et elles étaient peut-être plus nombreuses encore.

On ignore combien de machines on pouvait utiliser simultanément, mais il ne fait aucun doute que ces machines ont permis aux Campbell et aux artisans qu’ils employaient d’économiser beaucoup de temps et d’énergie passés à dimensionner et à équarrir le bois dont ils avaient besoin pour faire leur métier.
1 Major, J. Kenneth. "Water, Wind and Animal Power." An Encyclopedia of the History of Technology. Ed. Ian McNeil. New York: Routledge, 1990. 260-269.  Musson, A.E. " Industrial Motive Power in the United Kingdom, 1800-1870." The Economic History Review. Vol. 29, No. 3 (1976): 415-420.

2 http://www.nps.gov/archive/lowe/2002/loweweb/lowe_history/lowe_brochures/suffolk.htm

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Cette image démontre à peu près la moitié des axes en lignes qui sont suspendus à ce jour au Musée de la carrosserie Ca

Si vous cliquez sur l’image plein format, vous verrez la moitié de l’arbre secondaire de 40′ qui longe la salle des machines. Chacune des poulies fixées sur l’arbre secondaire distribue la puissance motrice à une ou plusieurs machines situées dans la salle.

Paul Bogaard
Leslie Van Patter, Adèle Hempel, Johanne Gnassi
19-20e siècle
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On démontre dans cette image une des deux tours toujours dans le Musée, actionnée par le système de ceintures et poulies.

Vous pouvez voir le plus petit des deux tours qui sont encore à leur emplacement original à l’intérieur de la manufacture de carrosserie. Ils y sont encore tout probablement parce qu’ils font corps avec l’édifice. Utilisés pour usiner les barreaux et les jougs et toutes les pièces devant être arrondie, le tour servait aussi pour confectionner les pieds des chaises et des lits, les ensouples des métiers à tisser et les autres articles d’ameublement auxquels font référence les livres de compte. Dans cette manufacture on ne se limitait pas à la fabrication de voitures. On trouve aussi des gabarits créés pour les deux tours et qui servaient dans la production de deux pièces maîtresses : les moyeux et les rayons.

Paul Bogaard
Leslie Van Patter, Adèle Hempel, Johanne Gnassi
19-20e siècle
1998.1.6130
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Une image de la ceinture de ponçage, sur une armature faite maison dans le Musée, actionnée par le système de ceinture et

La bande de cuir que vous voyez apparaître dans la photo en haut à gauche transmet le pouvoir à la ponceuse. La bande épaisse attachée à l’horizontale entre deux poulies en bois de dimension identiques est recouverte de sable ou de poudre d’émeri et permet à l’opérateur de rendre unie et de donner un aspect lisse à différentes pièces en bois de dimensions et de formes variées. Lorsque l’on songe à toutes les pièces en bois entrant dans la fabrication d’une voiture ou d’un traîneau, et à la finition dont fait l’objet chacune d’entre elles, on aurait raison de croire que cet outil devait fonctionner à plein régime.

Paul Bogaard
Leslie Van Patter, Adèle Hempel
19-20e siècle
1998.1.5782
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Rien de subsiste du manège à chevaux si ce n’est l’ouverture pratiquée dans la poutre supérieure qui permettait à l’arbre de tourner autour de son axe vertical. Nous sommes persuadés que le petit trou servait à recevoir l’arbre parce qu’il est centré dans la portion arrière de l’édifice et parce que nous avons le témoignage d’un des derniers employés de la manufacture donné lors d’une entrevue en 1962.

[Jimmy O’Neal à Dr Crowell] « Il m’a dit qu’il se rappelait très clairement que la seule puissance motrice pour activer la roue provenait d’un cheval lorsque le travail était léger ou de deux chevaux lorsque le travail était plus lourd. Les chevaux étaient attelés à la barre du manège qui tournait autour d’un axe vertical et le mouvement était transmis par un arbre d’entraînement au plafond… Les chevaux étaient à l’intérieur parce qu’on travaillait été comme hiver : Pour en lire plus
Rien de subsiste du manège à chevaux si ce n’est l’ouverture pratiquée dans la poutre supérieure qui permettait à l’arbre de tourner autour de son axe vertical. Nous sommes persuadés que le petit trou servait à recevoir l’arbre parce qu’il est centré dans la portion arrière de l’édifice et parce que nous avons le témoignage d’un des derniers employés de la manufacture donné lors d’une entrevue en 1962.

[Jimmy O’Neal à Dr Crowell] « Il m’a dit qu’il se rappelait très clairement que la seule puissance motrice pour activer la roue provenait d’un cheval lorsque le travail était léger ou de deux chevaux lorsque le travail était plus lourd. Les chevaux étaient attelés à la barre du manège qui tournait autour d’un axe vertical et le mouvement était transmis par un arbre d’entraînement au plafond… Les chevaux étaient à l’intérieur parce qu’on travaillait été comme hiver : la manufacture roulait à plein régime autrefois ».

À quoi pouvait ressembler un manège à chevaux? Nous n’en avons pas trouvé un semblable dans les Maritimes, mais au Québec il y a un exemple très intéressant. Voyez le site web du Musée de Trois-Rivières à l’adresse suivante : http://www.culturepop.qc.ca/location_salles/default.php/s/4/

Si vous regardez de près, vous pouvez voir la silhouette d’une roue qui pouvait être tirée par deux chevaux. Ce qui suscite beaucoup d’intérêt c’est la roue dentée que l’on a retrouvée et qui s’engrenait avec cette grande roue qui, à son tour, était fixée à une grande poulie en bois d’environ 4′ de diamètre. On a trouvé une poulie identique à la carrosserie Campbell, et puisque nous n’avons pu lui trouver une autre fonction, tout porte à croire qu’elle faisait partie du manège à chevaux. Voir l’animation à la fin du texte qui illustre nos conclusions.

Pourtant même si nous avons déterminé précisément la grandeur et la forme du manège à chevaux, il reste quelques questions à élucider :

  • Il doit y avoir un mécanisme pour distribuer la puissance motrice des chevaux à chaque machine;
  • Les chevaux attelés à la barre tournent la roue selon une rotation à l’horizontale et avancent aussi rapidement qu’ils le peuvent lorsqu’ils peinent toute la journée. Il faut trouver le moyen d’ajuster la direction et la vitesse de la rotation afin que la puissance motrice des chevaux soit efficace;
  • Finalement, les chevaux ne peuvent pas suspendre leur mouvement selon que l’on passe d’une machine à l’autre tout particulièrement lorsque deux chevaux activent le manège en même temps. Il faut donc trouver un moyen d’arrêter et de repartir la force motrice à chaque machine séparément.

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Une animation du moulin à cheval illustrant comment il fut liée à un système de ceinture et de poulie.

Jouez cette animation qui vous montrera chaque étape du rouage d’entraînement utilisé à la manufacture de carrosserie Campbell.

Cette animation commence en dépeignant le train d’actionnement complet avec le moulin de cheval, et le système de ceinture et de poulie à une des machines actionnée par ce système. En cliquant sur le bouton, on se rapproche sur les liens principaux de ce système, commençant par : "(a) les chevaux tirent autour d'une roue de 8' construite sur un poteau lourd", et le "(b) forçant cette petite vitesse à tourner beaucoup plus rapide, et perpendiculairement au poteau. " Au prochain rapprochement on voit que"(c) une poulie de 4' est portée en rond à la vitesse et à la direction de son axe;" et "(d)... cette plus petite poulie, tournée par la ceinture, tourne l'axe en ligne à une vitesse encore plus élevée." Enfin un dernier rapprochement sur "(e) une poulie est montée sur l'axe en ligne pour chaque machine. (Une autre est montrée davantage plus en bas.)," "(f) cette ceinture pourrait tourner une poulie fixée à son axe, ou glisser sur un oisif;" "(g) comme montré, cette ceinture tournerait le tour encore plus rapide que l’axe en ligne;" et "(h) si décalé à ces poulies alternatives, le tour tournerait plus lentement mais avec plus de puissance."

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Leslie Van Patter, Paul Bogaard, Johanne Gnassi
19-20e siècle
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L’animation inclut un manège à chevaux qui fournit la puissance motrice, un système de courroies et de poulies pour transmettre et distribuer le pouvoir, et des arbres secondaires plus courts munis de leurs propres courroies et poulies pour contrôler le pouvoir à chaque machine individuellement. Dans l’illustration, vous voyez seulement un tour, mais il y avait également des scies de tout genre, des ponceuses, des raboteuses et des affûteuses. Chaque machine était équipée d’un embrayage et d’un modérateur de vitesse. Voici en plus de détails les différentes étapes de l’animation.

Le manège à chevaux est une reconstruction faite à partir des informations limitées dont nous disposons. Un ou deux chevaux étaient utilisés pour la journée et avançaient autour d’un cercle d’un diamètre de 16 à 20′, tirant des barres attachées à une sorte de structure supportant une large roue horizontale d’environ 8 pieds de diamètre tournant au dessus de Pour en lire plus
L’animation inclut un manège à chevaux qui fournit la puissance motrice, un système de courroies et de poulies pour transmettre et distribuer le pouvoir, et des arbres secondaires plus courts munis de leurs propres courroies et poulies pour contrôler le pouvoir à chaque machine individuellement. Dans l’illustration, vous voyez seulement un tour, mais il y avait également des scies de tout genre, des ponceuses, des raboteuses et des affûteuses. Chaque machine était équipée d’un embrayage et d’un modérateur de vitesse. Voici en plus de détails les différentes étapes de l’animation.

Le manège à chevaux est une reconstruction faite à partir des informations limitées dont nous disposons. Un ou deux chevaux étaient utilisés pour la journée et avançaient autour d’un cercle d’un diamètre de 16 à 20′, tirant des barres attachées à une sorte de structure supportant une large roue horizontale d’environ 8 pieds de diamètre tournant au dessus de leurs têtes. Il y a tout juste assez d’espace pour le manège dans la manufacture de carrosserie Campbell dont l’édifice est de construction à poteaux et à poutres.

Nous ignorons si la denture de la roue était en bois ou en métal, ou quel type d’engrenage était utilisé. Mais il est clair qu’un engrènement était essentiel parce qu’aucune configuration de courroies et de poulies n’aurait suffi à faire le travail. La roue de 8′ tourne lentement et laborieusement (à la vitesse des chevaux qui tirent la barre) et fait tourner un petit engrenage à une plus grande vitesse ; de plus, la rotation de la grande roue autour de son axe vertical doit être convertie pour faire tourner un arbre secondaire plus court sur un axe horizontal. Les courroies ne peuvent pas transmettre le pouvoir dans les angles; pour accommoder cette déviation dans l’axe de la rotation, il faut une roue d’engrenage à angle droit avec la grande roue horizontale. Dès lors toute la force motrice peut être acheminée par les arbres et chaque arbre peut fonctionner en parallèle aux autres. Ceci permet aux poulies fixées aux arbres et aux courroies reliant les poulies de faire le travail.

Animation : a & b Si la roue horizontale « a » fait 8′ de diamètre et la petite roue « b » ne mesure que 6″ ou même seulement 4″, lorsque les chevaux font tourner la roue horizontale une fois, la petite roue (et l’arbre auquel elle est attachée) tourne environ 20 fois! On a donc multiplié la vitesse des chevaux 20 fois même si cela s’accompagne d’une perte de pouvoir. En somme, si les chevaux effectuent une rotation complète à la minute, il faut compter 20 révolutions à la minute.

Animation : c & d La grande poulie « c » tourne également 20 fois plus rapidement que les chevaux à angle droit par rapport à la rotation qu’ils effectuent. On sait que le diamètre de cette poulie est de 4′ car il s’agit de la seule pièce du manège à chevaux encore existant à la manufacture et la poulie sur le plus long arbre secondaire « d » fait probablement 1′ de diamètre. La courroie qui transmet la force de « c » à « d » roule 4 fois plus vite, 4 X 20= 80 révolutions à la minute. C’est la vitesse à laquelle l’arbre principal, qui s’étend tout le long de la salle des machines, tourne continuellement aussi longtemps que les chevaux sont à l’œuvre.

Animation : e & f Chaque machine reçoit son impulsion d’une poulie sur l’arbre secondaire qui lui est affecté en propre. Le tour illustré dans l’animation reçoit son impulsion de la poulie « e » liée à la courroie à un plus petit engrenage « f » souvent appelé « arbre intermédiaire » ou « arbre de renvoi ». Chaque machine a donc son propre arbre intermédiaire muni de deux poulies « f » et de quelques poulies supplémentaires qui sont décrite dans l’animation « g ». Ce qu’il faut retenir au sujet de ces deux poulies illustrées côte à côte, c’est que l’une fait corps avec l’arbre et que l’autre, la poulie « folle » ou « libre », ne le fait pas. Elle tourne indépendamment de l’arbre et ne l’emporte pas dans sa course.

Dans tout le mécanisme d’engrenage, c’est un élément crucial car il permet à l’opérateur de chaque machine de faire glisser la courroie de l’arbre secondaire sur une poulie tendeur qui permet d’arrêter la rotation de l’arbre intermédiaire et donc d’arrêter la machine à laquelle il est affecté. On peut arrêter la machine même quand l’arbre secondaire et le manège à chevaux sont en opération. Dans un système utilisant la puissance motrice des chevaux, c’était la façon toute trouvée de n’utiliser que les machines requises à un moment donné, tout en laissant les autres machines en veilleuse. Du même coup, le glissement de la courroie venant de l’arbre secondaire sur la roue d’entraînement située à côté de la poulie tendeur engage l’arbre intermédiaire et fait démarrer la machine. C’est le levier d’embrayage illustré ci-dessous qui permet d’effectuer cette opération.

Animation : g Enfin, sur la plupart des machines, comme sur le tour, on peut ajuster la vitesse. Comme on l’a vu auparavant, la vitesse est contrôlée par des courroies reliant deux poulies de grandeurs différentes. Si l’impulsion est transmise d’une grande roue à une plus petite roue, la vitesse augmente (par le rapport des dimensions relatives des poulies) alors que lorsque l’impulsion est transmise de la petite roue à la plus grande, la vitesse diminue. Dans l’animation « g » on peut voir comment on pouvait passer d’un régime à l’autre et comment chaque poulie sur l’arbre intermédiaire est parfaitement alignée avec une poulie correspondante sur le tour. Vous noterez que la différence relative dans la dimension des deux poulies correspondantes concorde parfaitement à la différence inverse des deux autres. Ceci permet à une courroie de faire parfaitement autour de l’une ou l’autre paire de poulies. Autrement il faudrait raccourcir ou rallonger la courroie pour changer de vitesse.

Ainsi se termine l’explication de chaque étape du système de puissance, mais ne manquez pas la dernière image de la pièce manquante.

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Une image d'un des mécanismes d'embrayage qui est encore en place au Musée, où il y en fallait un pour chaque machine.

On a retrouvé des leviers d’embrayage comme celui-ci à trois endroits dans la manufacture de carrosserie Campbell. Le levier permettait à l’opérateur de déplacer la courroie d’entraînement entre la poulie tendeur et la poulie motrice de la machine. Le levier permet à l’opérateur non seulement de mettre la machine sous tension ou de l’arrêter (même lorsque le manège à chevaux fonctionne), mais aussi de changer la vitesse quand la machine n’est pas sous tension (animation « g »). C’est le même principe qui est utilisé dans l’embrayage d’une voiture, d’un tracteur, ou d’une tondeuse pour changer de vitesse.

Paul Bogaard
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Objectifs d'apprentissage

Dans le projet <<Deux Chevaux>> les élèves et leurs enseignants vont pouvoir intégrer les objectifs suivants:

• Découvrir les premières sources d’énergie;

• Examiner la période de l’histoire canadienne où notre culture a dû changer à cause de notre dépendance croissante d’énergie et examiner l’impact de cette dépendance sur la population active de l’époque;

• Faire des recherches, identifier et décrire l’utilité possible et les arrangements nécessaires pour profiter de l’énergie du cheval;

• Découvrir les différences et les similarités entre les systèmes d’engrenage et les systèmes de poulies de courroie dans la transmission et la distribution d’énergie;

• Établir des liens entre le fonctionnement de l’embrayage dans un système traditionnel de poulie de courroie et son fonctionnement aujourd’hui dans les tondeuses, les motoneiges et les véhicules tout-terrain;

• Faire des recherches, identifier et mettre en pratique les formules qui nous permettent de calculer les avantages mécaniques dans la transmission d’énergie;

• Faire la preuve d’une compréhension de la manière dont les systèmes d’engrenage et de poulies de courroie dépendent des principes évidents dans les machines les plus simples.

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