Transmettre un mouvement : sens et vitesse de rotation

Dans un tournevis électrique, le moteur tourne vite, mais l’embout doit tourner moins vite. Entre les deux, un mécanisme fait passer le mouvement. Il existe deux grandes familles de mécanismes.

• Un mécanisme transmet le mouvement quand la nature du mouvement ne change pas : une rotation entre, une rotation sort. Seuls la vitesse et parfois le sens de rotation peuvent changer. Exemples au programme : les engrenages, les poulies et courroie, les pignons et chaîne.
• Un mécanisme transforme le mouvement quand sa nature change : une rotation devient une translation (un mouvement en ligne droite), ou l’inverse. Le moteur d’un portail coulissant tourne, mais le vantail avance en ligne droite : quelque part, le mouvement a été transformé.

Dans un mécanisme de transmission, on appelle élément d’entrée celui qui reçoit le mouvement en premier (la roue du moteur, le plateau du pédalier) et élément de sortie celui qui est entraîné.

Pour décrire une transmission, on répond à deux questions :

1. L’élément de sortie tourne-t-il dans le même sens que l’élément d’entrée, ou en sens inverse ?
2. Tourne-t-il plus vite ou moins vite ?

Le sens de rotation.

• Deux roues dentées engrenées directement tournent en sens contraires : les dents de l’une poussent les dents de l’autre vers le côté opposé. Si la roue d’entrée tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, la roue de sortie tourne dans l’autre sens.
• Une courroie non croisée ou une chaîne fait tourner les deux roues dans le même sens : elle fait le tour des deux roues comme une boucle, et entraîne la seconde dans le sens où elle avance.

La vitesse de rotation. De deux roues liées par des dents, une courroie ou une chaîne, la plus petite tourne le plus vite. Pourquoi ? Les dents passent une à une : quand la roue d’entrée a fait avancer 36 dents, la roue de sortie a, elle aussi, vu passer 36 dents. Si elle n’en a que 9, elle a fait 4 tours.

Compter les tours. Pendant que l’élément d’entrée fait un tour, l’élément de sortie fait :

• (nombre de dents de l’entrée) ÷ (nombre de dents de la sortie) tours, pour des engrenages ou une chaîne ;
• (diamètre de la poulie d’entrée) ÷ (diamètre de la poulie de sortie) tours, pour une courroie qui ne glisse pas.

Si ce nombre est plus petit que 1, la sortie tourne moins vite : le mécanisme est un réducteur de vitesse. S’il est plus grand que 1, elle tourne plus vite : c’est un multiplicateur de vitesse.

Une transmission reste une transmission, même quand la vitesse ou le sens changent : on ne parle de transformation que si une rotation devient une translation, ou l’inverse.

Situation 1. Dans un tournevis électrique fictif, la roue dentée du moteur, de 9 dents, est engrenée directement avec une roue dentée de 36 dents, qui entraîne l’embout.

• Le sens : deux roues dentées engrenées directement → l’embout tourne en sens inverse du moteur.
• La vitesse : l’élément de sortie (36 dents) est le plus grand → il tourne moins vite.
• Les tours : pendant que la roue du moteur fait un tour, la roue de l’embout fait 9 ÷ 36 = 0,25 tour, c’est-à-dire un quart de tour. Il faut 4 tours du moteur pour un tour de l’embout.

Situation 2. Sur un vélo d’appartement fictif, une chaîne relie le plateau du pédalier, de 60 dents, au pignon du volant d’inertie, de 10 dents.

• Le sens : une chaîne conserve le sens → le volant d’inertie tourne dans le même sens que le pédalier.
• La vitesse : l’élément de sortie (10 dents) est le plus petit → il tourne plus vite.
• Les tours : pour un tour de pédalier, le pignon du volant fait 60 ÷ 10 = 6 tours.

Contrôle : dans les deux cas, une rotation entre et une rotation sort : le mouvement est transmis, pas transformé.

Ce qu’il faut lire : le sens ne dépend que du type de liaison (engrenage direct ou non) ; la vitesse ne dépend que des tailles (le plus petit élément tourne le plus vite). Les deux questions se règlent séparément.