Roue & essieu

Une roue qui tourne sur un essieu permet de faire rouler une charge au lieu de la traîner : le frottement se reporte sur un petit palier graissé. Les chariots à roues apparaissent en Mésopotamie et en Europe vers 3500 av. J.-C., et la même idée fera ensuite tourner treuils, moulins et roues à aubes.

Ce que c’est

Une roue et son essieu forment un disque fixé sur un axe, ou tournant autour de lui. Sous un chariot, l’ensemble porte une charge sur le sol. Sur un treuil de puits ou un cabestan, il démultiplie l’effort.

Des rouleaux glissés sous un traîneau doivent sans cesse être ramenés à l’avant, alors qu’une roue reste sous sa charge. Le plus long a été d’apprendre à la faire tourner sans à-coups autour d’un axe fixe.

La planche reconstitue une roue pleine ancienne faite de trois planches, un type trouvé dans de nombreuses fouilles en Europe et au Proche-Orient, sous un char à bœufs des environs de 3000 av. J.-C.

Comment ça marche

Sur des rouleaux, la charge avance sans peine, mais chaque rouleau resté derrière doit être rapporté à l’avant.

Un traîneau qu’on tire appuie de tout son poids sur ses patins et racle chaque bosse. Sur des roues, la charge ne frotte plus qu’entre l’essieu et son logement, et la jante roule sur le sol.

Le gain vient du bras de levier, car la surface de l’essieu est bien plus proche du centre que la jante. Sur une roue de 70 cm de diamètre montée sur un essieu de 7 cm, la jante dispose d’un bras de levier dix fois plus long : la traction nécessaire pour vaincre le frottement de l’essieu n’en vaut qu’un dixième environ. La jante doit encore rouler sur le sol, ce qui ajoute sa propre résistance sur un chemin mou ou caillouteux. La graisse, souvent du suif ou du goudron, réduit encore le frottement de l’essieu.

Un essieu trop mince casse, un essieu trop gros frotte davantage. Le trou doit être rond et lisse, l’essieu bien ajusté sans forcer. Sur certains des premiers chars, les roues étaient bloquées sur les extrémités carrées de l’essieu et tournaient avec lui, sa partie centrale arrondie tournant dans des supports sous la caisse. La plupart des voitures plus tardives ont un essieu fixe : les roues tournent sur ses extrémités, retenues par des esses.

Comment la construire

Une roue pleine pour une charrette à bras légère se fabrique avec des outils à main. Voici les grandes étapes, sans plan coté ; une voiture pour de lourdes charges ou un attelage demande l’expérience d’un charron.

Choisir le bois. Prenez un bois dur, tenace et bien sec : chêne, frêne ou orme. Il faut trois planches d’environ 5 cm d’épaisseur, celle du milieu plus large que les deux autres.

Tailler le disque. Posez les planches bord à bord et tracez un cercle avec une cordelette et un piquet. Creusez des rainures en travers du fil et enfoncez-y deux traverses de bois dur qui verrouillent l’assemblage, avec des chevilles entre les planches. Sciez ensuite le contour.

Faire le moyeu. Pour que la roue ne voile pas, épaississez le centre en fixant un bloc tourné, le moyeu, sur chaque face avec des chevilles de bois dur collées qui traversent tout le disque. Percez le trou de l’essieu bien perpendiculaire au disque, puis lissez-le à la râpe ou avec une tige de fer chauffée.

Façonner l’essieu. Équarrissez une pièce de bois dur droite et sans nœuds. Amincissez les bouts pour qu’ils entrent dans les moyeux avec un léger jeu, et percez chaque extrémité, juste au-delà de la place du moyeu et de la rondelle, pour l’esse. Boulonnez l’essieu sous le plateau avec des cales de bois ou des brides de fer.

Monter et essayer. Graissez les fusées, enfilez les roues, ajoutez une rondelle et enfoncez les esses. Chaque roue doit tourner librement et rond. Chargez la charrette peu à peu et vérifiez les assemblages après chaque essai.

Sécurité. Herminettes, haches et tarières font des entailles profondes : gardez les deux mains derrière le tranchant. Une charrette chargée peut dévaler une pente et écraser qui se trouve devant : essayez-la sur terrain plat et calez les roues à l’arrêt. Si vous brûlez le trou de l’essieu au fer rouge, gardez de l’eau à portée de main.

Histoire et évolution

Entre 3600 et 3300 av. J.-C. environ, des traces de la roue apparaissent sur une vaste région. Les tablettes d’argile d’Uruk, en Mésopotamie, emploient un signe pour le chariot. Un vase de Bronocice, dans le sud de la Pologne, porte le dessin de ce qui ressemble à une voiture à quatre roues. D’autres découvertes viennent du nord du Caucase et des steppes au nord de la mer Noire. Les archéologues discutent encore du lieu où l’idée est née.

Une roue de char de l’âge du bronze : six rayons et une jante en segments cintrés, bien plus légère qu’un disque plein.

La plus ancienne roue conservée a été trouvée en 2002 dans les marais de Ljubljana, en Slovénie. Elle mesure environ 70 cm de diamètre ; ses planches de frêne sont tenues par des traverses de chêne, et la datation au radiocarbone la place entre 3350 et 3100 av. J.-C. environ. Son essieu de chêne, long d’environ 1,2 m, a des extrémités carrées qui se bloquaient dans la roue.

L’anthropologue David Anthony estime que la roue est arrivée tard faute d’outils. Percer des trous ronds et dresser des essieux justes demandait des ciseaux et des gouges en cuivre coulé, courants au Proche-Orient seulement après 4000 av. J.-C. environ.

Le cerclage : posé chaud, le bandage de fer se resserre en refroidissant.

Les roues pleines étaient robustes mais lourdes, adaptées à de lents chars à bœufs. Vers 2000 av. J.-C., les gens de la culture de Sintashta, à l’est de l’Oural, fabriquent des roues légères à rayons pour des chars à deux roues tirés par des chevaux. La roue à rayons et le char gagnent l’Égypte, la Grèce et la Chine dans les siècles suivants.

Au Ier millénaire av. J.-C., les charrons celtes commencent à cercler la jante d’un bandage de fer d’une seule pièce, posé chaud pour qu’il rétrécisse et serre les assemblages, une méthode employée jusqu’au XXe siècle.

Le XIXe siècle apporte la roue à rayons métalliques tendus, assez légère pour la bicyclette, puis le pneu gonflé d’air. Un essieu ferroviaire fonctionne toujours ainsi : la charge repose sur un petit palier lubrifié pendant que la roue roule sur le rail.