Un moteur hydraulique est un mécanisme utilisant l'énergie hydraulique pour mouvoir divers outils (moulins à grains ou à huiles, scieries, ateliers métallurgiques...). Cette énergie est fournie par l'écoulement gravitaire de l'eau ; celle-ci fait tourner une roue, qui transmet son mouvement à divers mécanismes. Les systèmes les moins performants sont ceux qui sont mus par le courant d'une rivière (roues par dessous), et qui sont tributaires de cette vitesse ; les systèmes les plus efficaces utilisent une chute, où l'eau est amenée par un canal ou une rigole, en provenance d'une prise sur un cours d'eau, ou une retenue. Plus rarement, on exploite la marée (cas des moulins à marée ou des usines marémotrices).

Il ne doit pas être confondu avec un moteur hydraulique hydrostatique qui utilise l'énergie d'un circuit d'huile sous pression pour fournir un mouvement.

Il peut aussi être appelé moulin, bien qu'en toute rigueur, cette appellation soit réservée ^{[réf. nécessaire]} aux mécanismes permettant de produire des farines et des huiles par la rotation d'une ou plusieurs meules (les mots moulin, meule, meulière, meulière, moudre, partagent la même étymologie, du latin mola, qui signifie meule), même si on parle aussi de moulin à foulon.

Les moteurs hydrauliques du passé ont pour héritiers actuels les sites de production d'hydro-électricité, qui utilisent des turbines.

Histoire

Le moteur hydraulique, attesté en Europe depuis l'Antiquité (il est décrit dans le Traité d'architecture de Vitruve^[4]), est plus ancien que le moulin à vent. 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 Turquie. La scierie de Hiérapolis employait une paire de scies destinées à couper de la pierre^[1],[2],[3].

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)^[5]. 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)^[6].

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 »^[7]. 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 »^[8].

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, et non plus par un jeu de courroies débrayables.

Technique

Axes horizontal :

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, est transformée en mouvement grâce à deux grands types de roues : les roues par dessous, dont la rotation est provoquée uniquement par la vitesse du courant, et les roues par dessus, dont la rotation est provoquée par la chute de l'eau sur les pales, et qui sont d'un meilleur rendement puisque la gravité s'ajoute à la vitesse de l'eau. Dans la majorité des cas la roue à aubes est verticale (axe horizontal).

Les roues les plus simples sont à aubes (simples planches perpendiculaires au sens de rotation). Les plus sophistiquées sont à augets, le remplissage successif des augets créant une grande inertie qui donne un mouvement régulier et une plus grande puissance. Les roues à augets se contentent d'un débit plus faible que les roues à aubes, mais ne peuvent fonctionner que sous une chute d'une hauteur au moins égale au diamètre de la roue, ce qui nécessite un aménagement hydraulique relativement sophistiqué (prise d'eau en rivière, canal d'amenée), plus facilement réalisable dans les régions présentant du relief (vallées montagnardes notamment).

Axe vertical :

Certains moulins utilisent une roue horizontale (à axe vertical) : les moulins à rodet.

Cette technique est encore très répandue dans l'Atlas marocain, dans des versions tres simples et peu couteuses. 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.

Usages

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 ;
• pour le textile : foulons, métiers à tisser ;
• pour le travail des métaux : meules, forges, marteau-pilon ; pour le tournage sur bois, métaux, os et corne...
• 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.

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 XXe siècle.

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
• Plus modeste et plus récente, la machine à eau de Porcheresse^[9] (Belgique) 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^[10].

Articles connexes

• Énergie hydraulique
• Roue à aubes
• Roue à augets
• Turbine
• Moulin
• Moulin à papier
• Moulin à vent
• Moulin à marée
• Moulin de polder
• Moulin flottant
• Moulin à rodet
• Noria
• Déversoir
• Amoulageur
• Foulon
• Droit et gestion des cours d'eau en France
• Meule à grains

Bibliographie

Inventaire des technologies

• Jean Bruggeman, Moulins : maîtres des eaux, maîtres des vents, Paris, Rempart, coll. « Patrimoine vivant », 1997. L'auteur aborde ce sujet sous l’aspect technique, architectural, technique et humain.
• Jean Orsatelli, Les Moulins à vent et à eau, Marseille, Lafitte, 1995, 4^e éd., (1^re éd. 1987), in-4 br., 196 p., 435 ill. dessin.

Hydrologie

• Pierre-Louis Viollet, L'hydraulique dans les civilisations anciennes : 5 000 ans d'histoire, Paris, Presses de l'école nationale des Ponts et Chaussées (ENPC), 2005.
• Maurice Chassain, Moulins de Bretagne, Spézet, éd. Keltia Graphic, 1993.

• Art du Meunier, Ed FFAM, 120 pages illustrées de planches de l’Encyclopédie, n° spécial 18 de la revue Moulins de France, 2006, FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Glossaire de molinologie. Roland Flahaut. Ed. FFAM, 135 pages n° spécial 19 de Moulins de France, FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Écrits et archives Claude Rivals, Ed. FFAM, 230 pages, n° spécial 20 de Moulins de France, mai 2008, FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Restaurer le moulin, de Jean Bruggeman, Ed. FFAM - ARAM N/PdeC, mai 2008. 128 pages. 345 illustrations (photographies, plans, croquis). FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Roues hydrauliques, de Alain Schrambach, Ed. FFAM, mai 2009. 160 pages. n° spécial 22 de Moulins de France, illustrations, plans, croquis. FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Guide pour la réhabilitation des moulins hydrauliques en vue de la production d'électricité , de Michel Heschung. Master en Architecture et Développement durable, 2007, 112 pages, FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Moteurs autres que les roues hydrauliques, de Alain Schrambach, Ed. FFAM, avril 2010. 142 pages. n° spécial 23 de Moulins de France, illustrations, plans, croquis. FFAM Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY
• Moulins de Seine normande de Vernon à la Manche, du XII^e au XVIII^e siècle, moulins ruraux et isolés, moulins à roue pendante, moulins bateaux, de Patrick Sorel, Ed. FFAM, avril 2010. 152 pages. n° spécial 24 de Moulins de France, illustrations, plans, croquis. Route d'Avenay Cidex 22 - 14210 EVRECY