Moulin à eau : valeur découverte, portée, dispositif et principe de fonctionnement

2024 Auteur: Henry Conors | [email protected]. Dernière modifié: 2024-02-12 07:05

L'invention du moulin à eau a été d'une grande importance pour l'histoire et le développement de la technologie. Les premières structures de ce type ont été utilisées pour faire déborder l'eau dans la Rome antique, plus tard, elles ont commencé à être utilisées pour obtenir de la farine et à d'autres fins industrielles.

Histoire d'invention

La roue à eau a été inventée par les gens dans l'Antiquité, grâce à laquelle une personne a reçu un moteur fiable et simple, dont l'utilisation s'est développée chaque année. Dès le premier siècle av. J.-C., le scientifique romain Vitruve décrivait une telle structure dans son traité « 10 Livres sur l'architecture ». Son action reposait sur la rotation de la roue à partir de l'impact de l'écoulement de l'eau sur ses pales. Et la première application pratique de cette découverte fut la possibilité de broyer des grains.

L'histoire des moulins remonte aux premières meules utilisées par les anciens pour obtenir de la farine. Ces appareils étaient d'abord manuels, puis ils ont commencé à utiliser la force physique des esclaves ou des animaux qui faisaient tourner la roue à farine.

L'histoire du moulin à eau a commencé avec l'utilisation de la conception d'une roue entraînée par la force du débit d'une rivière pour réaliserle processus de mouture du grain en farine, et la base de cela était la création du premier moteur. Les anciennes machines ont évolué à partir de dispositifs d'irrigation appelés chadufons, qui étaient utilisés pour élever l'eau d'une rivière afin d'irriguer les terres et les champs. Ces appareils consistaient en plusieurs écopes montées sur un rebord: pendant la rotation, elles étaient immergées dans l'eau, l'ont ramassée et, après l'avoir soulevée, l'ont renversée dans une goulotte.

Aménagement d'anciens moulins à vent

Au fil du temps, les gens ont commencé à construire des moulins à eau et à utiliser la force de l'eau pour produire de la farine. De plus, dans les zones plates, à faible vitesse d'écoulement des rivières, des barrages ont été aménagés pour augmenter la pression, assurant ainsi une augmentation du niveau d'eau. Pour transmettre le mouvement au dispositif du moulin, des motoréducteurs ont été inventés, qui étaient constitués de deux roues en contact avec des jantes.

À l'aide d'un système de roues de différents diamètres, dont les axes de rotation étaient parallèles, les anciens inventeurs ont pu transférer et transformer le mouvement qui pouvait être dirigé au profit des personnes. De plus, la plus grande roue doit faire moins de tours autant de fois que son diamètre dépasse la seconde, la plus petite. Les premiers systèmes d'engrenages à roues ont commencé à être utilisés il y a 2 000 ans. Depuis lors, les inventeurs et les mécaniciens ont pu proposer de nombreuses variantes d'engrenages, en utilisant non seulement 2, mais plus de roues.

Le dispositif du moulin à eau de l'époque antique, décritVitruve, contenait 3 parties principales:

1. Un moteur composé d'une roue verticale dont les pales sont entraînées en rotation par l'eau.
2. Le mécanisme de transmission est une deuxième roue dentée verticale (transmission) qui en fait tourner une troisième horizontale appelée pignon.
3. Mécanisme d'actionnement composé de deux meules: la supérieure est entraînée par un engrenage et montée sur son axe vertical. Le grain pour la farine était versé dans un seau-entonnoir situé au-dessus de la meule supérieure.

Les roues hydrauliques ont été installées dans plusieurs positions par rapport à l'écoulement de l'eau: en aval - sur les rivières à fort débit. Les plus courantes étaient des structures "suspendues", installées en écoulement libre, immergées dans l'eau par les pales inférieures. Par la suite, ils ont commencé à utiliser des roues hydrauliques de type moyen et supérieur.

L'efficacité maximale possible (efficacité=75%) a été donnée par les travaux de types aériens ou en vrac, qui ont été largement utilisés dans la construction de moulins flottants "canoës" qui fonctionnaient sur de grands fleuves: le Dniepr, la Koura, etc.

L'importance de la découverte du moulin à eau était que le premier mécanisme antique a été inventé, qui pourrait ensuite être utilisé pour la production industrielle, qui est devenue une étape importante dans l'histoire du développement de la technologie.

Ouvrages hydrauliques médiévaux

Les premiers moulins à eau en Europe, selon les données historiques, sont apparus sous le règne de Charlemagne (340 après JC) en Allemagne etont été empruntés aux Romains. Dans le même temps, de tels mécanismes ont été construits sur les rivières de France, où à la fin du XIe siècle. il y avait déjà environ 20 000 moulins. Dans le même temps, il y en avait déjà plus de 5,5 mille en Angleterre.

Les moulins à eau du Moyen Âge étaient très répandus dans toute l'Europe, ils étaient utilisés pour la transformation des produits agricoles (moulins à farine, moulins à huile, foulons), pour extraire l'eau des mines et dans la production métallurgique. Vers la fin du XVIe siècle il y en avait déjà 300 000, et au 18ème siècle. - 500 000. Dans le même temps, leur amélioration technique et leur augmentation de la croissance de la puissance (de 600 à 2220 chevaux) ont eu lieu.

Le célèbre artiste et inventeur Léonard de Vinci, dans ses notes, a également essayé de trouver de nouvelles façons d'utiliser l'énergie et la puissance de l'eau à l'aide de roues. Il a proposé, par exemple, la conception d'une scie verticale, qui était mise en mouvement par un courant d'eau fourni à la roue, c'est-à-dire que le processus devenait automatisé. Léonard a également dessiné plusieurs options d'utilisation des ouvrages hydrauliques: fontaines, voies de drainage des marécages, etc.

Un exemple frappant de centrale hydroélectrique est le mécanisme d'alimentation en eau des fontaines et de l'alimentation en eau des palais de Versailles, Trianon et Marly (France), pour lequel un barrage a été spécialement érigé sur le fleuve. Seine. Depuis le réservoir, l'eau était fournie sous pression à 14 roues perforantes mesurant 12 m. Elles l'ont soulevée à l'aide de 221 pompes à une hauteur de 162 m jusqu'à l'aqueduc, d'où elle coulait vers les palais et les fontaines. Le volume quotidien d'eau fournie était de 5 000 m3^3.

Comment fonctionne un moulin à eau

La conception d'un tel moulin est restée inchangée pendant de nombreux siècles. Le matériau principal pour la construction était le bois, à partir duquel la grange a été construite, les roues et les arbres ont été fabriqués. Le métal n'était utilisé que dans certaines pièces: essieux, attaches, supports. Parfois, la grange était construite en pierre.

Types de moulins utilisant l'énergie de l'eau:

1. Whorled - construit sur des rivières de montagne au débit rapide. De par leur conception, elles ressemblent aux turbines modernes: les pales étaient fabriquées sur une roue verticale inclinée par rapport à la base, lorsque le débit d'eau diminuait, une rotation se produisait, à partir de laquelle la meule se déplaçait.
2. Wheel, dans laquelle la roue "à eau" elle-même tournait. Deux types ont été construits - avec une bataille inférieure et supérieure.

L'eau venait du barrage vers le moulin aérien, puis elle était dirigée le long de la goulotte vers la roue à fossés, qui tournait sous son poids. Lors de l'utilisation du combat inférieur, une conception avec des lames est utilisée, qui sont mises en mouvement lorsqu'elles sont immergées dans un courant d'eau. Pour améliorer l'efficacité du travail, un barrage était souvent utilisé, ne bloquant qu'une partie de la rivière, appelée boon.

La figure ci-dessous montre le dispositif d'un moulin à eau en bois typique: le mouvement de rotation provient de l'entraînement inférieur (roue) [6], en haut il y a un seau (bunker) [1] pour le grain et un goulotte [2], l'amenant aux meules [3]. La farine résultante est tombée dans le plateau [4], puis s'est renversée dans le coffre ou le sac [5].

Le réglage de l'approvisionnement en céréales était effectué par un distributeur, une boîte spéciale avec un trou qui influençait la finesse de la mouture de la farine. Après l'avoir reçu, il fallait passer au crible un tamis spécial installé au-dessus de la poitrine, qui oscillait à l'aide d'un petit mécanisme.

Certains moulins à eau servaient non seulement à moudre le grain, mais aussi à éplucher le millet, le sarrasin ou l'avoine, à partir desquels les céréales étaient fabriquées. Ces machines étaient appelées croupières. Les propriétaires entrepreneurs utilisaient des structures d'usine pour marteler les étoupes, pour feutrer les tissus tissés à la maison, pour peigner la laine, etc.

Construire des usines en Russie

Dans les anciennes chroniques russes, la mention des roues hydrauliques et des moulins apparaît dès le IXe siècle. Initialement, ils étaient utilisés exclusivement pour moudre le grain, pour lequel ils étaient surnommés "farine" et "pain". En 1375, le prince Podolsky Korpatovich accorda au monastère dominicain le droit de construire un moulin à grain par une charte. Et en 1389, un tel bâtiment a été laissé par testament à l'épouse du prince Dmitry Donskoy.

A Veliky Novgorod, un document en écorce de bouleau mentionnant la construction d'un moulin remonte au 14ème siècle. Chroniques de Pskov du XVIe siècle. parler de la construction d'une telle structure sur la rivière Volkhov, à laquelle toute la population locale a été impliquée. Un barrage a été construit qui a bloqué une partie de la rivière, mais il s'est effondré en raison de graves inondations.

Sur le terrain plat, les moulins à eau en Russie ont été construits avec une roue aérienne de remplissage. Aux 14-15 siècles. des dispositifs verticillés ont commencé à apparaître dans lesquelsla roue était placée horizontalement sur un arbre vertical.

Ces modèles ont été construits par des maîtres autodidactes sans aucun dessin ni schéma. De plus, ils ont non seulement copié les structures déjà érigées, mais ont à chaque fois ajouté leurs propres innovations à leur appareil. Même à l'époque de Pierre le Grand, des maîtres des pays européens ont commencé à venir en Russie, qui ont montré leurs compétences et leurs connaissances dans ce domaine.

L'un des associés de Peter, le célèbre ingénieur William Genin, qui a construit 12 grandes usines dans l'Oural, a pu assurer leur fonctionnement à partir de centrales hydrauliques. Par la suite, l'énergie hydraulique a été largement utilisée par les spécialistes de la construction d'entreprises minières et métallurgiques dans toute la Russie.

Au début du XVIIIe siècle, environ 3 000 usines fonctionnaient sur tout le territoire, qui utilisaient des installations hydrauliques pour le fonctionnement de la production. Il s'agissait de la métallurgie, de la scierie, du papier, du tissage et d'autres entreprises.

Le complexe le plus célèbre et unique pour fournir de l'énergie à l'usine d'extraction et de fusion a été construit en 1787 par l'ingénieur K. D. Frolov à la mine de Zmeinogorsk, qui n'avait pas d'analogues dans le monde. Il comprenait un barrage, des structures de prise d'eau, à partir desquelles l'eau passait par des galeries souterraines dans un canal ouvert (535 m de long) jusqu'à un moulin, où tournait la roue de la scierie. De plus, l'eau a coulé à travers le canal souterrain suivant jusqu'à la roue hydraulique de la machine pour soulever le minerai de la mine, puis jusqu'aux troisième et quatrième. À la fin, il s'écoulait par une galerie de plus de 1 km de long dans la rivière en aval du barrage, son parcours total était de plus de 2 km,le diamètre de la plus grande roue est de 17 m Toutes les structures ont été construites à partir de matériaux locaux: argile, bois, pierre et fer. Le complexe fonctionne avec succès depuis plus de 100 ans, mais seul le barrage de la mine Zmeinogorsky a survécu à ce jour.

Des recherches dans le domaine de l'hydraulique ont également été menées par le célèbre scientifique M. V. Lomonosov, qui a mis ses réflexions scientifiques en pratique en participant à la création d'une entreprise de verre coloré basée sur le fonctionnement d'une installation hydraulique à trois roues. Les travaux de deux autres académiciens russes - D. Bernoulli et L. Euler - ont acquis une importance mondiale dans l'utilisation des lois de l'hydrodynamique et de l'ingénierie hydraulique et ont jeté les bases théoriques de ces sciences.

Utiliser l'énergie de l'eau à l'Est

L'utilisation des roues hydrauliques en Chine a été décrite pour la première fois en détail dans le livre de Sunn Yingxing en 1637. Il détaille leur utilisation pour la production métallurgique. Les structures chinoises étaient généralement horizontales, mais leur capacité était suffisamment élevée pour produire de la farine et du métal.

L'utilisation de l'énergie de l'eau remonte aux années 30. n.m. e., après l'invention par un fonctionnaire chinois d'un mécanisme alternatif basé sur des roues hydrauliques.

Dans la Chine ancienne, plusieurs centaines de moulins ont été construits, situés le long des rivières, mais au 10ème siècle. le gouvernement a commencé à les interdire en raison de l'obstruction de la navigation fluviale. La construction de moulins s'est progressivement développée dans les pays voisins: Japon et Inde, au Tibet.

Roues hydrauliques dans les pays islamiques

PaysL'Orient, où l'on professe la religion islamique, est en grande partie un territoire au climat très chaud. Depuis l'Antiquité, l'approvisionnement régulier en eau a été très important. Des aqueducs ont été construits pour fournir de l'eau aux villes, et pour l'élever du fleuve, des moulins ont été construits, qu'ils ont appelés "norias".

Selon les historiens, les premières structures de ce type ont été érigées il y a 5 000 ans en Syrie et dans d'autres pays. Sur le fleuve Oronte, l'un des plus profonds du pays, la construction d'ascenseurs s'est généralisée sous la forme d'énormes roues de moulins à eau, qui puisaient l'eau avec de nombreuses pales et l'alimentaient en aqueduc.

Un exemple frappant d'une telle structure est les ascenseurs de la ville de Hama, qui ont survécu jusqu'à nos jours, dont la construction remonte au 13ème siècle. Ils continuent de fonctionner à ce jour, étant à la fois un ornement et un point de repère de la ville.

L'utilisation de l'hydroélectricité dans diverses industries

En plus d'obtenir de la farine, le champ d'application des moulins à eau s'est étendu aux types d'industries suivants:

• pour l'amélioration et l'approvisionnement en eau des cultures dans les champs;
• une scierie qui utilisait l'énergie hydraulique pour transformer le bois;
• métallurgie et transformation des métaux;
• dans l'exploitation minière pour le traitement de pierres ou d'autres roches;
• dans les manufactures de tissage et de laine;
• pour soulever l'eau de la mine, etc.

L'un des plus anciens exemples d'utilisationénergie hydraulique - une scierie à Hiérapolis (Turquie), ses mécanismes ont été découverts lors de fouilles et datés du 6ème siècle. n.m. e.

Dans certains pays européens, des archéologues ont découvert les vestiges d'anciens moulins de l'époque de la Rome antique, qui servaient à broyer du quartz contenant de l'or extrait dans des mines.

Le plus grand complexe utilisant la force de l'eau a été construit, selon les données historiques, au 1er siècle. dans le sud de la France sous le nom de Barbegal, qui possédait 16 roues hydrauliques qui alimentaient en énergie 16 minoteries, fournissant ainsi du pain à la ville voisine d'Alert. Chaque jour, 4,5 tonnes de farine étaient produites ici.

Un complexe de moulins similaire sur Janiculum Hill fournissait des fournitures au 3e s. la ville de Rome, appréciée par l'empereur Aurélien.

Créer une structure d'eau de vos propres mains

Un élément architectural tel qu'une roue à aubes a gagné en popularité au même titre que les bassins, les cascades ou les fontaines. Bien entendu, de telles structures remplissent une fonction décorative plutôt que pratique. Chaque propriétaire qui a les compétences nécessaires pour travailler avec des pièces en bois peut construire un moulin à eau de ses propres mains.

Il est recommandé de choisir une taille de roue d'au moins 1,5 m, mais pas plus de 10 m, selon la superficie du site. La maison du moulin est également sélectionnée en fonction de sa destination future: un bâtiment pour le stockage des stocks, une aire de jeux pour les enfants et la décoration du territoire.

Production de pièces:

• comme base pour une roue hydraulique, vous pouvez prendre un vélo ou un arbre renversé, auquel les pales sont attachées; dans le centreil devrait avoir un tuyau autour duquel il tourne;
• le produit fini est monté sur roulements sur 2 supports, constitués de poutres en chêne, d'angles métalliques, de briques;
• au sommet de la roue doit s'adapter la goulotte à travers laquelle l'eau s'écoule sur les pales; il est apporté soit par un tuyau avec une pompe, soit il vient après la pluie;
• il est recommandé de traiter toutes les pièces pour augmenter la durée de vie: bois - vernis, métal - peint contre la corrosion;
• pour évacuer l'eau, posez des caniveaux en direction des lits ou vers un autre récipient;
• au stade final, le bâtiment est décoré d'éléments décoratifs.

L'installation d'un moulin à eau décoratif à la campagne sera un excellent ajout esthétique au paysage.

Moulins à vent historiques célèbres

Le plus grand moulin à eau en activité "Lady Isabella" est situé près du village de Lexie sur l'île de Man dans la mer d'Irlande. Cette structure a été érigée en 1854 par l'ingénieur autodidacte Robert Casement en l'honneur de l'épouse du gouverneur général local, et le but de sa construction était de pomper les eaux souterraines d'une mine locale pour l'extraction des ressources naturelles (zinc, plomb, etc..).

Des canaux ont été spécialement posés, à travers lesquels l'eau des rivières de montagne traversait le pont et était alimentée pour faire tourner une roue d'un diamètre de 22 m, qui est toujours considérée comme la plus grande au monde, grâce à laquelle de nombreux touristes ont a déjà connu le succèsans.

L'un des sites originaux de la France est un ancien moulin à eau situé près de la ville de Vernon (France). Sa particularité réside dans le fait qu'il repose sur les 2 piliers d'un ancien pont de pierre qui reliait autrefois les berges de la Seine. La date exacte de sa construction est inconnue, cependant, selon certaines sources, elle aurait été érigée durant la période d'opposition à Richard Cœur de Lion et aurait eu une importance stratégique. En 1883, le célèbre artiste Claude Monet l'a immortalisée sur une de ses toiles.

La création du moulin à eau est une étape importante dans l'histoire du développement technologique, car il est considéré comme la première conception pouvant être utilisée à diverses fins pour la transformation de produits agricoles et autres, ce qui a été le premier pas vers la machine production dans le monde.