Chenille (mécanique)

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On désigne par le terme de chenille un dispositif mécanique articulé permettant d'assurer la transmission de la masse d'un véhicule au sol en la répartissant sur une surface supérieure à la seule surface de contact des roues de ce véhicule.

La chenille est tendue sur une série de roues alignées mais suspendues indépendamment, l'entraînement est réalisé par une roue spéciale, un engrenage nommé « barbotin ». Un ensemble de roues sans contact avec le sol soutient le haut de la chenille.

Les véhicules à chenille sont conçus pour le tout-terrain, y compris les terrains très meubles. Pour la direction, ces véhicules peuvent comporter un train avant directionnel (on le désigne alors par autochenille ou halftrack) ou se servir d'un différentiel de vitesse entre la chenille de droite et la chenille de gauche : le véhicule tournera du côté de la chenille la moins rapide. Ce dernier système présente de plus l'avantage de permettre des manœuvres de demi-tour sur place.

Terminologie[modifier | modifier le code]

Chenille[modifier | modifier le code]

Une chenille, au sens de la technologie de la locomotion terrestre, est une bande continue en boucle fermée (en forme d'anneau), en contact avec le sol, qui comporte à l'intérieur des reliefs (ou bossages) guides pour les galets (et aussi une configuration en forme de dents d'entraînement[Remorque 1] par le barbotin) et, à l'extèrieur, des crampons. Le principe de la chenille peut se figurer comme un moyen de présenter mécaniquement une surface préparée devant des roues avançant sur un terrain quelconque.

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Crampons et patins de chenille[modifier | modifier le code]

Une chenille ne doit pas[Remorque 1] patiner, c'est-à-dire glisser sans avancer par manque d'adhérence. Aussi est-elle généralement munie de crampons ou de patins[Patin 1]. Un patin est simplement un crampon peu saillant, qui a l'avantage d'être moins agressif pour le sol. C'est, par exemple un parallépipède en caoutchouc qui sont des formes en relief situés sur la face extèrieure de la bande. Des crampons accrocheurs et agressifs accélèrent la dégradation des sols: La forme et la hauteur des crampons résultent donc d'un compromis entre l'adhérence et la dégradation.

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train chenillé[modifier | modifier le code]

C'est tout le dispositif mécanique qui maintient en place, guide et entraîne la chenille associée. (Pour les besoins de la description, on peut le distinguer, plus ou moins nettement, de la coque (châssis,caisse), du véhicule. Il peut être subdivisé en un ensemble de roues alignées qui sont assujetties par les organes de suspension).

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Barbotin - poulie de renvoi - galets[modifier | modifier le code]

Barbotin
Barbotin à double rangée de 20 dents pour entrainer une chenille de type Carden-Loyd Pidwell
  • Le barbotin moteur: c'est la roue dentée, à une ou deux rangées de dents, qui entraine la chenille. Il est situé soit à l'avant, soit à l'arrière, soit, pour les trains triangulaires, au sommet supérieur.
  • la poulie de renvoi ou roue de tension (roue folle, libre en rotation sur son axe) qui parfois remplit aussi une fonction de galet de roulement, (parfois au nombre de 2 , :exemple caterpillar D6[1]
  • les galets porteurs ou de roulement, parfois groupés deux par deux sur une bogie (ou par plus de deux si les bogies sont placées sur des balanciers). Pour égaliser la pression au sol, les galets porteurs peuvent être entrelacés (imbriqués, entrecroisés) ou simplement alignés en plus grand nombre (véhicules lourds)[2].

Les galets porteurs sont avantageusement cerclés par un bandage en caoutchouc sur les véhicules rapides (ou même être des roues standards d'automobiles !).

  • Les galets supérieurs[3] de soutien et de guidage. L'absence de galets de soutien est une caractéristique des trains chenillés de type Christie, exemples : chars soviétiques BT, T-34...
  • Un mécanisme coulissant permettant le réglage de la tension de la chenille.

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Suspension[modifier | modifier le code]

De nombreux systèmes existent ou ont existé, ayant recours à des organes tels que : bogie, balancier, bras oscillant, suspension Christie, ressort à lames, Ressort hélicoïdal (dit à boudin), blocs élastiques de caoutchouc, barre de torsion, Amortisseur, Suspension hydropneumatique. Une solution sommaire et économique consiste à utiliser des bogies de roues ordinaires à pneumatiques (avec le défaut de possibilité de crevaisons). La suspension doit évidemment être plus ferme pour les galets extrêmes et plus molle pour les galets centraux.

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Véhicules à chenilles[modifier | modifier le code]

Transmission[modifier | modifier le code]

Dans un véhicule à chenilles, la transmission[4] mélange[5] les fonctions de traction et de direction. Puisque la direction est obtenue en entrainant indépendamment chaque chenille[6] à des vitesses différentes, la conception d'une transmission[7] s'inspire largement des autres mécanismes connus et utilisés par ailleurs, voir : embrayage (un de chaque côté), différentiel, boite de vitesses, variateur de vitesse mécanique,transmission hydrostatique ou électrique...

Classement par le nombre de chenilles[modifier | modifier le code]

Motoneiges comportant 1 chenille[modifier | modifier le code]

Sur une Motoneiges la traction est fournie par une seule chenille et la direction s'obtient par le pivotement des 2 skis avants.

Véhicules à 2 chenilles[modifier | modifier le code]
Véhicules à 4 chenilles[modifier | modifier le code]
  • À un seul châssis, type «Tucker snowcat» ou «Tucker Terra-track», permettant de franchir les dos d'anes sans basculement. La direction s'effectue par 2 chevilles ouvrières et la transmission comporte 2 différentiels.
  • Véhicules doubles (en deux parties, articulées et chenillées) .Exemples : Bandvagn 206 et Véhicule à haute mobilité BVS10 de la société Hägglunds AB.
  • Chenilles, éventuellement amovibles, remplaçant les roues[12] ce qui apporte d'ailleurs la possibilité de tirer avantages une direction à 2 chenilles directrices).
  • Véhicule comportant une (ou même deux) articulation transverse active entre deux paires de chenilles, ce qui améliore les possibilités de franchissement. Exemples des robots EROS et EOLE du groupe Intra-AREVA-CEA.
Plateformes de transport à 8 ou 12 chenilles[modifier | modifier le code]

Pour les déplacements de poids exceptionnels, Engin de transport crawler des lanceurs spatiaux ou excavatrices à godets type Bagger 288, Bagger 293.

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Chenille[modifier | modifier le code]

C'est une bande déformable en boucle sans fin, à la fois porteuse et motrice[Remorque 1].

Description[modifier | modifier le code]

Pour un modèle de chenille donné, les principales dimensions nominales sont :

  • La largeur (différentes largeurs sont souvent admissible pour le même véhicule).
  • Le pas diamétral (conforme au pas du barbotin considéré comme étant un pignon d'entraînement).
  • La longueur (mesurée déroulée).
  • La hauteur des crampons (à choisir selon les besoins).

Cependant une chenille est plus qu'un simple anneau car elle doit être conçue pour :

  1. Par sa face interne en contact avec les galets.
    • offrir un chemin de roulement aux galets.
    • pouvoir être entrainée par le barbotin à la façon d'une crémaillère[Remorque 1].
    • assurer un positionnement latéral invariable au moyen des saillies ou bossages de guidage. On rencontre principalement le guidage par les flancs, associé à des galets en forme de roues pleines et le guidage par la gorge associé à des galets en forme de réa (de poulie).
    • en combinaison avec l'action des galets, ne pas trop vriller (d'où l'intérêt des dispositions à galets alternés).
  2. Par sa face externe en contact avec le sol;

La conception d'une chenille est donc indissociable du train chenillé assorti.

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Caractéristiques de la locomotion à chenille[modifier | modifier le code]

La qualité dominante permise par le principe de la chenille est une pression moyenne[13] sur le sol faible, puisque la surface de contact est grande. À encombrement donné, les possibilités de franchissement d'obstacles sont supérieures à celles de la roue, pour des raisons géométriques évidentes.
Par rapport à la locomotion à roues, il est habituel de souligner les :

Avantages[modifier | modifier le code]

  • Risques d'enlisement sur les sols meubles (neige ou boue) très diminués (à largeur égale).
  • L'adhérence est ordinairement meilleure, quoique dépendant beaucoup des caractéristiques des crampons
  • les possibilités de franchissement d'obstacles sont supérieures[14]

Inconvénients[modifier | modifier le code]

  • Résistance à l'avancement (donc consommation au kilomètre) plus grande.
  • Usure rapide, sauf sur la neige.
  • Vitesses plus faibles.
  • Intensité des bruits élevée. Cependant moindre avec les chenilles souples qu'avec les chenilles articulées métalliques.
  • Les dégradations des sols sont plus importantes car, par principe, les virages sont effectués par ripage[15]des chenilles.

Comparaison entre la roue et la chenille[modifier | modifier le code]

Pour le concepteur, le choix entre la roue et la chenille[16] n'a pas de réponse évidente[17], même compte tenu des conditions d'utilisation prévues[18] et les discussions techniques à ce sujet sont toujours à l'ordre du jour.
Remarquons que les astromobile, tel Curiosity sont des véhicules[19] à roues métalliques spéciales sans pneumatique.

Domaines d'utilisation[modifier | modifier le code]

En pratique, la locomotion par chenilles se rencontre donc principalement pour les activités suivantes :

Mentionnons aussi des usages moins fréquents :

Perspectives futures[modifier | modifier le code]

Pour ce qui est du problème de la locomotion terrestre hors des routes aucune amélioration spectaculaire, basée uniquement sur le principe de la chenille, ne semble prévisible tout en gardant un caractère rustique[20]. Pour franchir des obstacles particuliers des architectures telles que des chenilles à l'extrémité de bras articulés mobiles resteraient concevables sans complications excessives. Par ailleurs, on peut raisonnablement prévoir que la locomotion à pattes procurera certainement des possibilités de franchissement supérieures (cf le robot BigDog), mais sans apporter de progrès sur la consommation et la vitesse.

Les chenilles en bande souple[modifier | modifier le code]

Chenille constituée de caoutchouc ou d'élastomère, armé[21] de fils d’acier et maintenant aussi mixé avec des charges renforcantes.

  • Moins robuste à l'égard des aspérités des terrains, sa faible résistance à l'attrition (coupures, ddéchirures, arrachements) ne permet pas de l’utiliser partout[22].
  • Beaucoup plus silencieuse.
  • Permet de rouler plus vite que la chenille Holt. Cependant le rendement énergétique semble peu différent[23].

En raison des progrès dans les technologies des matèriaux composites déformables, la tendance actuelle et de la préférer à la chenille articulée.

Chenilles constituées de bandes plates agrafées[modifier | modifier le code]

  • Utilisation d'agrafes spécifiques, configurées pour constituer des charnières, ce qui permet de réaliser des boucles à partir de bandes plates standards, selon une technologie proche de celle des bandes transporteuses.
  • Les autres pièces constitutives (crampons, bossages de guidage, ..etc.) sont ensuite fixées, parfois simplement par boulonnage.
  • Avantages : simplicité, économie, facilité de réparations et de maintenance.
  • Se rencontre surtout sur les véhicules de transport sur la neige.

Chenilles moulées d'une seule pièce[modifier | modifier le code]

  • Elles ont des points communs avec une courroie de transmission plate crantée.
  • Chaque taille de chenille est fabriquée dans son propre moule et il est ainsi possible d'obtenir simultanément tous les crampons en relief *directement par moulage.
  • La chenille est armée de fils ou câbles d'acier qui sont, de préférence eux-mêmes, confectionnés en forme d'anneaux.
  • De plus en plus fréquemment adoptées en agriculture dans les champs détrempés.
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Les chenilles articulées[modifier | modifier le code]

On peut les considérer comme étant une sorte de chaîne, c'est-à-dire un assemblage de maillons articulés les uns par rapport aux autres. Comme dans le cas d'une chaîne de transmission à rouleaux ou d'une chaîne de vélo, tous les axes d'articulation[24] restent parallèles entre eux. (Nombres[25] habituels de maillons par chenille : de moins de 32 (char Renault FT 17) à plus de 100[26]).

Sur un maillon de chenille, on peut distinguer :

  • du côté interne, les bossages ou saillies de guidage [27].
  • la tuile dont la largeur est celle de la chenille.
  • le crampon ou patin[Patin 1] qui peut former une pièce monobloc avec avec le maillon, ou au contraire y être fixé, par exemple par boulonnage.
  • les divers alésages correspondants aux 2 articulations (cf. axe, alésage, douille, coussinet autolubrifiant).


Remarques diverses :

  • Les problèmes de l'étanchéité et de la lubrification[28] des axes des chenilles articulées ne sont pas parfaitement résolus.
  • Les crampons métalliques conviennent dans les terrains boueux ou caillouteux.
  • La chenille mixte, patins caoutchouc montés sur chenille métal, est plus silencieuse,

plus adaptée à une évolution sur bitume et permet des vitesses supérieures avec une meilleure adhérence.

  • En théorie, il est plus facile et rapide de changer des patins caoutchouc qu'une chenille tout métal.

La chenille de type Holt[modifier | modifier le code]

chenille type Holt
Remarquez les axes d'articulations bien visibles sur le chemin de roulement articulé formant un double rail posé sur les tuiles.

La chenille Holt ressemble à une chaîne de transmission étroite, formant un chemin de roulement (ou une sorte de rail repliable), qui serait posé perpendiculairement sur des plaques plus larges appelées « tuiles », en contact[29] avec le sol.

La chenille Holt est généralement associée à une suspension rigide, ou du moins à faible amplitude de débattement. Les galets porteurs sont alors solidaires d'une poutre et n’ont pas de déplacements individuels.

Ce type de chenille équipe les véhicules lents et robustes[30], ou des base de grues déplaçables.

La chenille de type Carden-Loyd ou Pidwell[modifier | modifier le code]

  • Chenille à chaîne large. Les faces intérieures des maillons, parfois garnies d'une épaisseur de caoutchouc, constituent un chemin sur lequel les galets. roulent directement.
  • D'un point de vue géométrique, les 2 axes d'articulation d'un maillon sont situés dans le plan médian du maillon (qui, pour ainsi dire, peut être considéré comme étant une tuile possédant des alésages d'articulation).
  • Par rapport à la chenille Holt, la chenille Carden-Loyd ou Pidwell[31] est peu épaisse, plus légère, et permet des vitesses plus élevées.
  • Elle est déformable vers l'intérieur, autrement dit elle est plus souple (si la suspension permet aux galets porteurs d'avoir une mobilité suffisante dans le plan vertical et dans ce la chenille se moule sur les irrégularité du sol).
  • Elle est utilisée sur les véhicules lourds et rapides, typiquement les chars de combat.
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Quelques dates pour l'histoire de la locomotion à chenilles[modifier | modifier le code]

Vers 1900, plus d'une centaine de brevets portant sur la locomotion à chenille auraient déjà été déposés, et il est illusoire de vouloir inventorier des plans disparates, ou même des prototypes, plus ou moins réalisables.

Premières études et prototypes[modifier | modifier le code]

Quelques auteurs de brevets ou prototypes, parmi d'autres :

Ader dépose le 3 mai 1875 et le 19 février 1878 des additifs à son "système de voie pour chemin de fer amovible".une maquette et un prototype fonctionnel.

  • (en)Charles Dinsmoor (1834–1904) brevet 1886,
  • En 1903, le capitaine polytechnicien Levavasseur, aurait établi les plans d'un canon automoteur à chenilles.

Pour fixer les idées, on pourrait dire que c'est au tournant du XXe siècle que l'utilisation de chenilles est passé du stade des prototypes au stade de la fabrication industrielle.

Les débuts de la chenille Holt (vers 1900)[modifier | modifier le code]

  • 1901 (en)Alvin Orlando Lombard(1856-1937)réalise quelque exemplaire du véhicule à chenille, le (en)Lombard Steam Log Hauler.
  • 1904 (en)Benjamin Holt(1849-1920), démonstration effective du premier tracteur à chenilles Holt utilisable pour le labour.
  • 1905 Holt fonde la marque Caterpillar et commence une production à l'échelle industrielle.
  • 1905 (en)David Roberts(18589-1928) ingénieur de la compagnie (en)Richard Hornsby & Sons réalise des tracteurs dont les chenilles diffère des chenilles Holt.
  • 1908 (en)Clarence Leo Best(1878-1951) lance aussi une fabrication de tracteurs à chenilles.
  • 1915 Prototype de char britanniques : Little Willie et Mark I , puis, dès 1916, nombreux modèles de tanks à chenilles Holt.
  • 1925 Benjamin Holt et Clarence Leo Best s'associent pour fonder la Caterpillar Tractor Company..

Les débuts de la Chenille souple (vers 1910)[modifier | modifier le code]

  • 1910 Adolphe Kégresse(1879,1943) : Essais, à Saint-Pétersbourg de chenilles souples en divers matériaux : cuir, cordes diverses, poils de chameau tressés....
  • 1913 Adolphe Kégresse dépose un brevet de chenille en bande de caoutchouc.

Pendant l'hiver 1913, une autochenille sur la Neva, réalise officiellement une vitesse de 60 km/h, établissant ainsi un record pour un véhicule à chenille[34].

  • 1916 Ray H. Muscott, (Waters, Michigan): brevet d'une autohenille.

Les débuts de la Chenille type Carden-Loyd ou Pidwell (vers 1920)[modifier | modifier le code]

L'idée d'alléger la chenille Holt, largement utilisée depuis 1905, semble naturelle. Cependant les première réalisations d'une chenille plus légère et mieux adaptée aux vitesses élevées, n'apparurent qu'après 1920. Ses principaux [35] inventeurs semblent avoir été :

  • Archibald William Pidwell (1885-?), fabriquant de tracteurs agricoles prés de Paris;
  • John Valentine Carden (1892-1935), (mort dans un accident d'avion), qui travailla en collaboration étroite avec
  • Vivian Graham Loyd (1894-1972). Ils avaient fondé en 1924 la compagnie Carden-Loyd Tractors Ltd, à Chertsey.

Articles connexes[modifier | modifier le code]

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Liens externes[modifier | modifier le code]

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. La chenille épouse la forme d'un triangle et le batbotin est situé au sommet supérieur de ce triangle.
  2. Anecdote : le nombre des galets de roulement des panzers I, II, III, IV allemands était respectivement : 4,5,6,8.
  3. Ces galets, qui sont parfois appelés rouleaux, limitent le fléchissement de la partie supérieure de la chenille par effet caténaire.
  4. Notez qu'il est plus simple d'entrainer, à des vitesses différentes, les 2 barbotins d'un chenillard, que les huit roues motrices et leurs différentiels d'un 8x8 !
  5. Dans le cas particulier des motoneiges, la direction est obtenu par pivotement des deux skis avants.
  6. Sauf dans le cas des motoneiges à 1 chenille !
  7. Exemple particulièrement élaboré du char B1 français, utilisé en 1940, et comportant un différentiel auxiliaire contrôlé par le système hydrostatique Naëder
  8. Véhicule semi-chenillé par opposition aux véhicules à «chenilles intégrales».
  9. Sans précision supplémentaire, un tracteur agricole est souvent à roues.
  10. Castor Hotchkiss HB40,Expéditions Polaires Françaises.
  11. Polaires Françaises : Caractéristiques du weasel M 29C.
  12. Un exemple actuel de chenilles amovibles : Entreprise Soucy, Canada.
  13. En réalité, la chenille étant essentiellement déformable la pression est toujours plus grande à l'aplomb des points de contact des galets porteurs (d'où l'intérêt des galets entrelacés).
  14. Particulièrement pour les tranchées à bord francs !
  15. Ce qui peut être la cause de désagréments lorsqu'un robot domestique à 2 chenilles, même relativement léger, tourne sur un tapis.
  16. ALLIANCE GÉOSTRATÉGIQUE, Jean-Pierre Badellon, · 7 DÉCEMBRE 2009
  17. Roues ou chenilles ?, Philippe Langloit, Chargé de recherche au CAPRI. Article paru dans Défense et Sécurité Internationale, Hors-Série, no 12, juin-juillet 2010
  18. [1], ou le duel de la roue et de la chenille, Jean-Dominique Merchet, 2008.
  19. Relativementlégers et lents (0,1 km/h pour Curiosity Mars Science Laboratory et 12 km/h pour le Rover lunaire d'Apollo 17).
  20. Aperçu d'autres suggestions : véhicules tout terrain hors norme, Jean-Marc Maclou, décembre 2009
  21. Armature pouvant être caractérisée par le nombre de plis (au sens anglais de ply : couche, épaisseur)..
  22. Pensez par exemple, à la différence entre un tracteur agricole à chenilles souples, prévu pour les champs labourés et un bulldozer de travaux publics conçu pour évoluer dans des chantiers caillouteux.
  23. Les chenilles souples chauffent à grande vitesse, d'autant plus que la chaleur s'évacue mal.
  24. Ce sont des liaisons pivot
  25. Le pas c'est naturellement la longueur de la chenille déroulée, divisée par le nombre de maillons.
  26. 96 sur le char Tigre I et 57 sur le Crawler transporter de la NASA.
  27. Vocabulaire peu courant, à vérifier
  28. La chenille idéale, scellée et lubrifiée contribue à diminuer les frais d'entretien du train roulant. L'axe de la chenille a un revêtement permanent composé d'un lubrifiant hermétiquement scellé. Celui-ci minimise le contact métal-métal et ralentit l'usure de l'axe et des bagues.
  29. En toute rigueur, sur un sol dur, ce sont les crampons ou les patins portés par les tuiles, qui sont en contact direct.
  30. Engins de travaux publics, chargeuses, bulldozers...etc.
  31. La dénomination «Carden-Loyd ou Pidwell» se trouve dans le :
    • Traité de technique automobile. Ministère des forces armées - Charles-Lavauzelle & Cie (épuisé en 2014).
    • 1953, fascicule 10: les roues et les pneumatiques - les trains chenillés
    • 1954, fascicule 15: les véhicules spéciaux
  32. La nature no 357 - 15 novembre 1879, page 575
  33. En 1877, quelques voitures, portants des enfants et tirées par des chèvres, ont circulé dans le Jardin des Tuileries.
  34. Voir mvcgfrance Fédération française des groupes de conservation de véhicules militaires.
  35. Le major Giffard LeQuesne Martel(1889-1958) est connu pour avoir construit un prototype de chenillette en 1924, mais, sous réserve de vérification, il ne semble pas être intervenu dans la conception de la chenille.
  1. a, b, c et d Sauf dans le cas, quasiment inutilisé, des remorques à chenilles non motrices, donc sans barbotin.
  1. a et b
    ATTENTION: le mot patin est souvent employé avec le sens de maillon.