Moteur hydraulique

Symbolisation d'un moulin à eau sur la carte de Cassini (XVIII^e siècle).

La scie de Hiérapolis, la plus ancienne machine connue utilisant un système de bielles et manivelles[1] - [2] - [3].

Moulin à eau de Braine-le-Château (XII^e siècle).

Castanet-le-Haut (Hérault) - Moulin du Nougayrol contenant une cuve pour stocker l'eau nécessaire au fonctionnement et la conduite pour amener cette eau.

Ancien mécanisme de moulin à eau.

Moulin Saulnier (1872) de l'ancienne chocolaterie Menier à Noisiel, Seine-et-Marne.

Maquette d'un moulin à eau (Québec).

Maquette du mécanisme de transmission de la roue à aubes vers la meule à grains située à l’étage supérieur (moulin des Jésuites).

La plus ancienne trace connue du moulin à eau sont à l'Est de la Méditerranée et au Proche-Orient. Dans un écrit de Strabon en -25, dans le livre XVII de sa « Géographie universelle ». Il décrit l'avoir vu dans son enfance, dans le palais, situé à Cabeira (aujourd'hui en Turquie), de Mithridate VI Eupator, roi du Pont qui lutta contre l'invasion de l'Empire romain, situé en Asie mineure, dans la Turquie d'aujourd'hui[4]. En -30, dans ses œuvres poétiques, Antipatros de Thessalonique raconte la vie de la meunière délivrée du devoir de faire tourner sa meule à la main. évoquant les nymphes qui bondissant de la roue font tourner l'essieu[5]. La première description technique connue est de Vitruve, en -25[5], il la décrit ensuite en -15, dans le « Traité d'architecture »[6]. La plus ancienne machine à eau connue utilisant un système de bielles et manivelles est représentée sur un bas-relief du III^e siècle apr. J.-C. à Hiérapolis en Asie mineure. La scierie de Hiérapolis employait une paire de scies destinées à couper la pierre[1] - [2] - [3]. 50 ans après les premiers écrits de Vitruve, ce qui correspond environ à l'an 25, il est utilisé à la fois dans l'Empire romain et la Chine des Han[7].

En Europe, au Moyen Âge, le moteur hydraulique se développe parallèlement à la disparition de l'esclavage, à partir du IX^e siècle : l'utilisation de l'énergie hydraulique plutôt qu'animale ou humaine permet une productivité sans comparaison avec celle disponible dans l'Antiquité (chaque meule d'un moulin à eau peut moudre 150 kg de blé à l'heure ce qui correspond au travail de quarante esclaves et le moulin antique a encore des vitesses de meule lentes)[8]. Le passage à des moulins à rythme rapide (roue réceptrice devenue plus petite que la roue émettrice), à grande roue (grands rayons et grande pales assemblées se substituant aux pales monoxyles) caractérise cette période médiévale, depuis les moulins à eau carolingiens (tel celui d'Audun-le-Tiche), jusqu'aux moteurs du XIII^e siècle équipés d'arbres à cames qui permettent d'autres utilisations que le « moulin bladier » (pour la mouture des céréales : blé, seigle, orge), l'hydraulique étendant son domaine d'application à toutes les activités mécaniques (scie ou martinet hydraulique, métallurgie, foulon, et même pompes d'exhaure dans les mines)[9].

Au moins jusque dans les années 1700, on appelait « orbillion » « les endroits où il y a des pieux, ou de vieux vestiges de pieux, dans une rivière où il y a eu un moulin, ou quelque autre édifice que la suite des temps a ruinez »[10]. Les « huissiez de justice » pouvaient mettre en demeure les riverains ou propriétaires de les entretenir ou démolir pour qu'ils ne puissent pas « blesser les bateaux »[11].

Le moteur hydraulique, tout comme le moulin à vent, a été progressivement abandonné au XIX^e siècle au profit de la machine à vapeur, puis du moteur électrique. Certains moteurs qui entraînaient mécaniquement les machines d'une usine, ont été remplacés par des turbines hydrauliques, produisant l'énergie électrique capable d'entraîner des machines plus modernes, ce qui a permis d'améliorer les rendements tout en tirant l'énergie primaire du même cours d'eau. Cette modification a également grandement simplifié les installations, l'énergie électrique étant délivrée à chaque machine par un câble sous tension, en remplacement d'un jeu de courroies débrayables dangereuses se greffant sur un arbre moteur parcourant parfois tout un atelier.

Le (pl) moulin aux sept roues (au centre) construit en 1291 et représenté v. 1730, Wrocław (Pologne).

En France, le droit d'eau des moulins est le seul droit féodal resté en usage après la Révolution française. Il permet aux moulins qui existaient avant 1789 d'utiliser la force motrice de l'eau pour produire, y compris de l'électricité. Les moulins plus récents peuvent aussi prétendre, à condition de justifier d'un règlement d'eau qui fixe leurs conditions de fonctionnement (niveau d'eau maximum de la retenue), débit, obligations d'entretien, servitudes, etc..). De nos jours la tendance est à la suppression des retenues d'eau (cette suppression est largement subventionnée), plutôt qu'à leur aménagement par la création par exemple de passes à poissons, mais la suppression des retenues entraîne la perte du droit d'eau par les propriétaires. Cette politique vise à restaurer la continuité écologique des cours d'eau, en favorisant la remontée des poissons migrateurs et le transport des alluvions charriées par le cours d'eau vers l'aval[12]. Entre 2015 et 2020, plus d'un quart des aménagements des moulins ont été démantelés, 5000 d'ici 2027[13] sur 18 000 moulins recensés[14].

L'énergie du cours d'eau, dont une partie de l'eau est généralement captée dans un canal (bief) permettant de contrôler le débit (grâce à l'abée) et d'obtenir une hauteur de chute suffisante. Le bief porte différents noms suivant les lieux : boëlle en Ile-de-France par exemple

Roues à axe vertical

Certains moulins utilisent une roue horizontale (à axe vertical) : les moulins à rodet. Cette technique, présente autrefois largement en France (visible en fonctionnement en Valgaudemar ) est encore très répandue dans l'Atlas marocain et ailleurs, dans des versions très simples et peu coûteuses. L'énergie du cours d'eau est souvent captée par une buse finale, ou canon, permettant de frapper l'auget au meilleur endroit, avec le bon angle.

À partir de la révolution industrielle, et plutôt au XX^e siècle, cette technique est améliorée : la « turbine », permet de passer d'un rendement de 25 % à plus de 80 %. Il est adapté en particulier dans le cas des moulins « à retenue », qui sont en général de taille modeste. Le niveau d'eau est maintenu à une hauteur suffisante en amont du moulin par un barrage ou un seuil muni d'un déversoir.

Ce matériel est réputé blesser ou tuer les poissons, alors qu'ils franchissent sains et saufs les roues à axe horizontal. Dans tous les cas une grille protège la roue ou la turbine des encombres amenés par le courant qui pourrait endommager ces pièces. Cette grille doit être nettoyée régulièrement.Dans certaines installations, l'eau nécessaire au fonctionnement est amenée par une conduite dans une cuve de stockage attenante au moulin.

L'énergie produite par un moteur hydraulique est utilisée localement. Elle est transmise et éventuellement démultipliée mécaniquement à l'appareil à mouvoir, par l'intermédiaire d'engrenages ou de courroies. Les mécanismes les plus élaborés transmettaient l'énergie mécanique à tous les postes de travail d'une usine, même dans les étages, au moyen de complexes jeux de courroies, comme dans les tissages.

Mécanisme du moulin de Courtelevant.

Les moteurs hydrauliques servaient à de multiples usages pré-industriels :

• moudre des céréales, l'usage le plus ancien ;
• extraire l'huile des oléagineux : noix, colza, etc. ;
• dans l'industrie forestière, les scieries hydrauliques ;
• pour le textile : ribes, foulons, métiers à tisser ;
• pour le travail des métaux : meules, forges, martinet, marteau-pilon ;
• pour le tournage sur bois, métaux, os, corne, etc. ;
• pour actionner des pompes, notamment pour l'extraction minière ;
• moulin à papier : du XIII^e au XVIII^e siècle, l'énergie du moteur servait à défibrer les chiffons détrempés en pâte à papier en actionnant une pile à maillets, ensemble de pilons munis de pointes. Au XIX^e siècle, elle actionne en outre la machine à papier en continu. Mais le terme moulin est alors abandonné au profit du terme papeterie.

Marteau pilon ou martinet

Dans les pays de montagne, la force de l'eau a servi d'énergie industrielle jusqu'à la diffusion de l'électricité et jusqu'au milieu du XX^e siècle.

En outre, la roue oxygène l'eau ce qui favorise la pratique de la pisciculture en aval du moulin dès le Moyen Âge.

De nos jours, en France, la pisciculture, principalement du bar et de la daurade, utilise les circuits de refroidissement d'eau de centrale nucléaire, comme l'exploitation d'Aquanord, à Gravelines[15]. Cette piscifacture produit entre 1 000 à 1 500 tonnes par an de ces deux poissons.

Quelques exemples de sites qui utilisent (ou utilisaient) cette énergie hydraulique :

• la machine de Marly qui faisait fonctionner les cascades, fontaines et bassin du jardin du château de Versailles ;
• la machine à eau de Porcheresse[16] (Belgique) est plus modeste et plus récente, elle fournit un exemple simple de ce type de machines ; usinée dans la même fonderie liégeoise que la machine de Marly, elle assurait la distribution d'eau du village ;
• le pavillon de Manse qui se trouve à Chantilly et qui abritait une machine hydraulique qui avait la même fonction pour les jardins du château de Chantilly ;
• moulins à eau de R'haouet près de Batna en Algérie mais dont l'utilisation est menacée[17].