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07/11/2007

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Le Fardier de CUGNOT L'ancêtre à vapeur

Le Fardier de CUGNOT
L'ancêtre à vapeur
Afin de continuer notre petit tour dans l'histoire de l'automobile, il est bon de s'arrêter quelques minutes sur l'un des ancêtre de l'automobile, le Fardier de Nicolas Joseph CUGNOT. Cette machine à vapeur


NICOLAS-JOSEPH CUGNOT

Agrandir l'imageLes renseignements biographiques sur Nicolas-Joseph Cugnot sont peu abondants et il n'a été conservé aucun de ses portraits. On sait cependant qu'il est né en Lorraine à Void, petite bourgade meusienne entre Ligny en Barois et Toul sur l'actuelle N4 Paris-Strasbourg. Il est né, de parents cultivateurs, le 26 février 1725 (et non pas le 25 février 1735 comme l'indiquent certains ouvrages). N.-J. Cugnot est mort, rue de Tournon à Paris le 7 octobre 1804 à l'âge de 79 ans.

On ignore comment il fit ses études d'ingénieur du Génie militaire ; on retrouve cependant son passage au service de l'Impératrice Marie-Thérèse d'Autriche ; il sert alors comme ingénieur dans les armées impériales autrichiennes. Au moment de la guerre de sept ans il est en Allemagne. Il vint ensuite à Paris vers 1763, date à laquelle il quitta l'Armée.

Agrandir l'imageA Paris, Cugnot rédige des ouvrages sur l'art militaire et invente un nouveau type de fusil qui fut accueilli avec intérêt par les conseillers militaires de Louis XV. En 1766, il fit imprimer un ouvrage intitulé "éléments de l'art militaire ancien et moderne", puis, en 1768, il publia une "Théorie de la fortification" suivie d'une description et d'une planche topographique de son invention. Ces deux ouvrages furent suivis de "La fortification de campagne théorique et pratique".

Cugnot commençait à être connu dans les milieux militaires et lorsqu'en 1769, il présenta son projet de voiture à vapeur, celui-ci retint l'attention.

LE FARDIER DE 1769

L.-N. Rolland, commissaire général de l'artillerie, rapporte ainsi dans son mémoire du 4 pluviose an VIII (24 janvier 1800) les débuts de Cugnot :

Agrandir l'image"... En 1769, un officier suisse nommé Planta proposa au ministre de Louis XV, Choiseul, plusieurs inventions parmi lesquelles une voiture mue par l'effet de la vapeur d'eau produite par le feu.

Le général de Gribeauval ayant été appelé pour examiner le prospectus de cette invention et ayant reconnu qu'un nommé Cugnot, ancien ingénieur chez l'étranger, et auteur de l'ouvrage intitulé "Fortification de campagne", s'occupait alors d'exécuter à Paris une invention semblable, détermina l'officier suisse à en faire lui-même l'examen. Cet officier l'ayant trouvée en tous points préférable à la sienne, le ministre Choiseul autorisa Cugnot d'exécuter aux frais de l'Etat, celle commencée par lui en petit.

Mise en présence de ce ministre, du général de Gribeauval et de beaucoup d'autres spectateurs, et chargée de quatre personnes, la machine marchait horizontalement, et j'ai vérifié qu'elle aurait parcouru 1800 à 2000 toises par heure si elle n'avait éprouvé d'interruption.

Mais la capacité de la chaudière n'ayant pas été proportionnée avec assez de précision à celle des pompes, elle ne pouvait marcher de douze à quinze minutes seulement et il fallait la laisser reposer à peu près la même durée de temps afin que la vapeur d'eau reprit sa première force : le four étant d'ailleurs mal fait, laissait échapper la chaleur, la chaudière paraissait aussi trop faible pour soutenir en tous cas les effets de la vapeur."

La date de ces essais est précisée par Bachaumont dans ses "Mémoires secrets" : "Quelques jours" avant le 23 octobre 1769.

Le mémoire de Rolland est important car celui-ci a certainement pu consulter les témoins oculaires des essais et notamment Cugnot lui-même qui vivait rue Saint-Bernard à Paris à cette époque, recevant de l'Etat une pension de 1000 francs due à l'initiative de Bonaparte alors premier Consul (1800). Sur la fin de sa vie, Cugnot professait à l'Arsenal des cours d'art militaire qui, avec sa pension l'aidèrent à vivre, modestement certes, mais sans connaître la misère comme de nombreux précurseurs.

On remarquera dans le mémoire de Rolland que le premier fardier avait été réalisé "en petit". Or cette machine bien que de grandeur plus petite que la seconde voiture -celle qui est conservée au Conservatoire des Arts et Métiers - était loin d'être un "modèle réduit".

On ne connaît pas les dimensions de ce premier modèle exécuté par les services de l'artillerie avec les "deniers du Roy". On sait seulement qu'elle a été essayée comme le relate Rolland, ce qui est confirmé par Gribeauval qui écrit en 1770 :

Agrandir l'image"Cette machine a marché l'année dernière (donc en 1769) en présence de M. de Choiseul. Elle portait quatre personnes et se déplaçait à raison de 1800 à 2000 toises (4 km environ) par heure, mais la grandeur de la chaudière n'étant point proportionnée à celle de pompes (on appelait alors ainsi les cylindres à vapeur), elle fonctionnait pendant 12 à 15 minutes et il fallait la laisser reposer autant de temps pour que la vapeur de l'eau reprit sa première force ; le foyer était mal fait et laissait dissiper la chaleur ; la chaudière paraissait aussi trop faible pour soutenir dans tous les cas d'effort de la vapeur."

Si l'on rapproche le rapport de Gribeauval (1770) de celui de Rolland (1800), on est frappé de leur similitude quant au fonctionnement du fardier en "modèle petit".

Cependant malgré ses défauts, l'essai fut jugé satisfaisant et la construction d'un modèle plus grand fut entreprise par Cugnot sous la direction de Gribeauval, responsable de l'Arsenal de Paris, lieu où furent assemblés les divers éléments du fardier en "vraie grandeur".

DESCRIPTION ET FONCTIONNEMENT

Une étude sur le fardier de Cugnot ne saurait être complète sans la description détaillée du système de traction. En effet, il ne faut pas oublier que Cugnot inventa pour son fardier, un dispositif mécanique qui transformait le mouvement rectiligne des pistons en mouvement circulaire à la roue. C'est là un des grands mérites de Cugnot et cette invention devait donner plus tard à d'autres pionniers l'idée de la bielle-manivelle, la système de Cugnot étant un dispositif de roue à rochets.

La "machine à vapeur" de Cugnot empruntait à Lewpold (1720) le principe de machine à haute pression et à double cylindre. Ce type de machine fut aussi réalisé vers la même époque par l'anglais Thomas Newcomen.

Agrandir l'imageAux environs de 1765 on ne connaissait encore que la machine à simple effet. Elle était essentiellement constituée d'un cylindre ouvert à une de ses extrémités et recevant par l'autre extrémité la vapeur qui faisait déplacer le piston. Celui-ci étant arrivé à bout de course, une injection d'eau froide favorisait la condensation de la vapeur et la pression atmosphérique repoussait le piston à son point de départ.

Ce genre de machine ne donnait qu'un temps de travail sur deux et le mouvement alternatif était utilisé tel, pour actionner au moyen d'un balancier à chaîne, les pompes épuisant l'eau dans les mines.

LA MACHINE DE CUGNOT

Sur les photographies et les planches originales qui illustrent cette étude on peut voir en détail le fardier de Cugnot.

Le Châssis

La voiture de Cugnot est constituée par un châssis en bois (F) du même genre que ceux utilisés à l'époque par les "rouliers". Les roues arrière, cerclées de fer, sont à moyeux charronnés et entre les "brancards" est placée la chaudière en cuivre (CE) qui surmonte le foyer (FR). La chaudière et la machine à vapeur sont portées par une troisième roue "motrice et directrice" (RA).

Le fardier de Cugnot était donc à traction avant et c'est la première réalisation du genre.
Les supports de la machine à vapeur et de la chaudière sont en fer forgé, fixés solidement au châssis en bois. La chaudière est en porte-à-faux à l'avant.

La direction est commandée par une manivelle à deux poignées (D) qui fait tourner un axe vertical doté d'un pignon qui engrène sur un secteur denté solidaire du pivot de direction (RD).

La lourde masse de la machinerie qui suit la roue dans toutes ses directions rend instable le roulage du fardier. Le véhicule risque de basculer dès qu'il s'engage dans un virage accentué, surtout à vide (c'est ce qui arriva lors des essais).

Le conducteur et ses passagers disposent d'un siège (S) sous lequel est placé le panier à bois pour le chauffage de la chaudière.

A noter que le fardier ne dispose d'aucune suspension, l'essieu arrière étant monté directement sur les longerons du châssis et la roue avant étant directement accouplée au pivot de la direction.

La chaudière

Les ferrures qui supportent le foyer et la chaudière épousent la forme du foyer. Celui-ci, placé à la base du dôme de la chaudière, a la forme d'un tronc de cône (FR). La chaudière CE est logée entre la calotte sphérique et le fond du foyer. La flamme et les gaz chauds circulent librement dans l'intervalle qui les séparent et s'échappent par deux petites cheminées rectangulaires placées au-dessus du dôme (TU) et alimente en vapeur le système de distribution. Un robinet à double voie est placé à la sortie de la vapeur, sur la chaudière. Il est actionné au moyen d'une tringlerie (visible sur la photo du fardier) par le "chauffeur" qui peut ainsi laisser échapper la vapeur à l'air libre pour arrêter le véhicule. La roue avant motrice est crénelée sur son pourtour pour assurer une meilleure adhérence. Un frein à bascule fait appuyer ses griffes sur les saillies de la roue.

A noter qu'aucune réserve d'eau n'est prévue pour alimenter la chaudière, ce qui limite la durée de marche du fardier et explique les nombreux arrêts "pour refaire de l'eau et du feu" lors des essais.
La machine à vapeur

Agrandir l'imageLes deux cylindres et les pistons du type des machines de Newcomen sont disposés verticalement côte à côte au-dessus de la roue avant (P). Les extrémités inférieures des cylindres sont ouvertes à l'air libre et les pistons sont calés à 180° : l'un est au P.M.H. pendant que l'autre est au P.M.B. (P1 et P2).

La distribution de la vapeur se fait au sommet de chaque cylindre au moyen d'un dispositif inventé par Cugnot : dans leurs mouvements de descente, les pistons provoquent la manœuvre d'un robinet à deux voies (R) qui met successivement chaque cylindre en communication avec la tubulure d'arrivée de la vapeur (TU), puis avec l'atmosphère ; ainsi sont réalisées les phases d'admission et d'échappement.

La manœuvre du robinet est automatique grâce à une timonerie composée d'une chaîne dont les deux extrémités sont fixées à un levier coudé relié aux bras d'un parallélogramme déformable (ba). Les taquets (ta et tb) fixés sur les tiges des pistons relèvent les roulettes (r) au moment de leur mouvement ascendant et déplacent ainsi le robinet de distribution.

La transmission du mouvement

Les deux tiges des pistons (T1 et T2) passent de chaque côté de la roue. Elles sont terminées

chacune par un étrier attelé à une courte chaîne qui assure la liaison de chaque piston au secteur d'une roue à rochets. Le secteur (T) suit le mouvement du piston correspondant et engrène la roue à rochets (RC) solidaire de la roue motrice, un temps sur deux, par l'intermédiaire d'un encliquetage (CL) dont le sens d'attaque peut être inversé pour réaliser la marche arrière, la roue à rochet (RC) possédant quatre crans symétriques pouvant être entraînés soit dans un sens, soit dans l'autre ; le cliquet d'entraînement peut être placé dans les deux positions grâce à un levier manuel doté d'un ressort (r).

La continuité de marche est assurée par le mouvement alternatif des deux pistons qui attaquent chacune des roues à rochets placées de chaque côté de la roue. Le piston descendant fait remonter l'autre grâce à un balancier (B) reliant les bras des deux secteurs.


Malgré tous ses défauts, la machine à vapeur de Cugnot représentait une grande nouveauté dans la "domestication de la vapeur" que l'on connaissait depuis un siècle mais dont on n'avait pas - ou mal - su utiliser l'énergie. Cependant il faudra attendre les travaux d'Amédée Bollée pour obtenir un véritable véhicule routier capable de rouler avec continuité.

Caractéristiques techniques :

Moteur : 2 cylindres en ligne haute pression à simple effet
Alésage : 325 mm
Course : 378
Cylindrée : 67,72 litres
Combustible : Bois
Direction : marche avant et arrière, pignon et secteur denté
Freins : pédales sur roue avant
Poids vide : 2.8 tonnes
Poids en charge : 8 tonnes environ
Dimensions:
Longueur : 7,25 m
Largueur : 2,19 m Empattement : 3,08 m
Diamètre roue motrice : 1,23 m
Carrosserie Châssis : plateau en chêne Roues : en chêne, à rayons, cerclées de fer
Transmission : roue avant par chaîne et roue à rochet
Vitesse : 3,5 à 4 km/h



Une sélection de Olivier P./ Sources : Le fardier de Cugnot (source S.I.A. - Société des Ingénieurs de l'Automobile - Avril 1989)

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Vos commentaires
Le 07/03/2017 à 07:39
                          


Vraiment j'aime Auto cadre avoir des mieux constructeur du monde merci beaucoup

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