Moulin à vent

Un moulin à vent capte l'énergie du vent avec de grandes ailes et la transmet, par une série d'engrenages en bois et en fer, à une meule qui écrase le grain. Du XIIe siècle à l'arrivée de la vapeur, il a été avec la roue hydraulique la principale source d'énergie mécanique en Europe.

Ce que c’est

Un moulin à vent est une machine qui transforme le mouvement de l’air en rotation, puis cette rotation en travail utile. Pendant la majeure partie de son histoire, ce travail a consisté à moudre le grain. On l’a aussi employé pour pomper l’eau des polders, scier du bois, presser des graines oléagineuses ou broyer des pigments.

La version représentée ici est un moulin-tour : une tour de pierre fixe, coiffée d’un toit qui pivote pour présenter les ailes au vent. Cette forme s’est répandue en Europe à partir de la fin du Moyen Âge, car la maçonnerie porte de grandes ailes et une machinerie lourde, le tout à l’abri des intempéries.

Comment ça marche

Le moulin sur pivot tourne tout entier sur son poteau ; dans le moulin-tour, seul le toit pivote.

Le vent pousse sur les ailes, légèrement vrillées et inclinées. Elles se comportent comme les pales d’une hélice : une partie de la poussée devient un couple qui fait tourner l’arbre des ailes, un gros arbre presque horizontal logé dans le toit.

Sur cet arbre est calé le rouet, une grande roue dont les dents sont plantées sur la face. Il engrène avec la lanterne, plus petite, montée sur l’arbre vertical : le mouvement passe de l’horizontale à la verticale et gagne en vitesse. Plus bas, le hérisson entraîne un petit pignon sur l’axe de chaque paire de meules. Au moulin de Gedney Dyke, dans le Lincolnshire, un rouet de 96 dents menait une lanterne de 68, et un hérisson de 120 dents des pignons de 18 : les meules tournaient ainsi environ neuf fois plus vite que les ailes.

La meule tournante repose sur l’anille, au sommet du fer de meule qui traverse la meule dormante.

L’axe en fer, appelé fer de meule, monte à travers la meule fixe, la dormante. À son sommet se trouve l’anille, une barre ou une croix de fer qui s’emboîte dans l’œil de la meule supérieure, la tournante, et en porte tout le poids. Dans certains moulins, le hérisson est placé au-dessus des meules et l’entraînement descend par un court arbre de fer, mais la tournante repose toujours sur le fer de meule. Le grain tombe de la trémie dans l’œil. Les rayons taillés dans les deux pierres le coupent et poussent la mouture vers le bord, d’où elle sort en farine. Le meunier lève ou abaisse le fer de meule avec la trempure, et cet écartement décide de la finesse de la farine.

La puissance du vent croît avec le cube de sa vitesse : un vent deux fois plus fort apporte huit fois plus d’énergie. Aucun rotor ne peut en récupérer plus de 59,3 %, une limite publiée par Albert Betz en 1920. Les moulins traditionnels restent loin de ce chiffre.

Comment le construire

Un moulin à vent demande une communauté organisée : charpentiers, maçons, un forgeron et un meunier qui sait rhabiller les meules. Les étapes ci-dessous donnent l’ordre du travail et les choix qui comptent ; les cotes restent l’affaire du charpentier de moulin.

Choisir le site. Une butte dégagée, loin des arbres et des bâtiments, exposée aux vents dominants. Sous le vent d’un arbre ou d’une maison, l’air reste turbulent sur environ vingt fois sa hauteur : gardez les obstacles à bonne distance du côté d’où vient le vent.

Monter la tour. Une tour tronconique en pierre ou en brique, aux murs épais à la base. Le sommet porte une couronne de bois ou de fer, bien de niveau, sur laquelle le toit tourne grâce à des galets.

Tailler l’arbre et les roues. L’arbre des ailes est taillé dans un tronc de chêne, puis fretté de fer aux points d’usure ; à partir de la fin du XVIIIe siècle, on le coule souvent en fonte. Les roues sont en bois dur, et les dents sont des pièces séparées, souvent en charme ou en pommier, qu’on remplace quand elles s’usent.

Fabriquer les ailes. Quatre bras portent chacun un treillis de lattes sur lequel on tend une toile. Moulin arrêté et ailes enchaînées, le meunier tend plus ou moins de toile sur chaque aile selon la force du vent, comme on prend des ris sur un voilier.

Choisir les meules. La pierre doit être dure et poreuse. La pierre meulière de La Ferté-sous-Jouarre était recherchée dans toute l’Europe. On assemblait la meule à partir de plusieurs morceaux scellés au plâtre et cerclés de fer.

Prévoir le frein. Un frein en bois serre la jante du rouet. Il doit retenir les ailes par grand vent : on l’essaie d’abord par brise légère, puis un charpentier de moulin vérifie qu’avec les chaînes des ailes il tiendra par gros temps, avant toute mise en service.

Sécurité. Ne jamais passer dans la course des ailes, même lentes, et ne jamais toucher une aile avant d’avoir serré le frein et enchaîné les ailes. Surveiller le temps : rentrer les toiles et immobiliser le moulin avant l’arrivée d’une tempête, car en plein coup de vent personne ne peut travailler sur les ailes. À l’intérieur, tenir les mains, les cheveux et les vêtements amples loin des engrenages et des arbres en rotation. Un frein qui chauffe peut mettre le feu au toit, et beaucoup de moulins ont brûlé ainsi. La poussière de farine en suspension est inflammable : aucune flamme nue à l’intérieur.

Histoire et évolutions

Les premiers moulins à vent bien documentés se trouvaient dans le Sistan, aux confins de l’Iran et de l’Afghanistan actuels. Des géographes arabes les décrivent au Xe siècle, et ils sont peut-être plus anciens. Leurs ailes tournent autour d’un axe vertical, à l’intérieur de murs qui canalisent le vent.

En Europe, le moulin à axe horizontal apparaît à la fin du XIIe siècle. L’une des plus anciennes mentions datées concerne un moulin sur pivot à Weedley, dans le Yorkshire, inscrit en 1185 dans un inventaire des biens des Templiers. Le moulin-tour, dont seul le toit pivote, se répand ensuite et permet de construire plus grand.

L’éolienne d’orientation entraîne le toit sur sa couronne dentée jusqu’à ce que les ailes fassent face au vent.

En 1745, le forgeron anglais Edmund Lee fait breveter l’éolienne d’orientation, une petite roue à pales placée à l’arrière du toit. Dès que le vent tourne, elle se met en mouvement et fait pivoter le toit jusqu’à ramener les ailes face au vent. En 1772, le constructeur de moulins écossais Andrew Meikle invente les ailes à ressorts, faites de volets qui s’ouvrent seuls sous les rafales.

Les Pays-Bas comptaient entre neuf et dix mille moulins à vent au milieu du XIXe siècle, pour moudre et surtout pour assécher les terres. La machine à vapeur puis le moteur électrique les ont remplacés ; il en reste environ un millier aujourd’hui. Les éoliennes modernes appliquent la même physique du rotor pour entraîner des générateurs.