Les engrenages sont des mécanismes qui permettent de transmettre un mouvement de rotation d'un axe à un autre. Ils sont utilisés dans une multitude de machines, comme les montres, les vélos, les automobiles, les robots, les grues ou les perceuses. Grâce à leurs roues dentées, ils transmettent le mouvement avec une grande précision.

Le principe de fonctionnement

Un engrenage est formé de deux ou plusieurs roues dentées dont les dents s'emboîtent parfaitement.

Lorsque la première roue tourne, chacune de ses dents pousse une dent de la roue voisine. Celle-ci se met alors à tourner à son tour. Le mouvement est ainsi transmis d'une roue à l'autre sans glissement.

Contrairement à une courroie, qui peut parfois patiner, les dents restent toujours en contact. La rotation est donc transmise avec une très grande précision.

Modifier la vitesse et la force

Les engrenages ne servent pas seulement à transmettre un mouvement. Ils permettent aussi de modifier la vitesse de rotation et la force.

Lorsqu'une petite roue entraîne une grande roue, la roue entraînée tourne plus lentement, mais elle exerce une force plus importante.

À l'inverse, lorsqu'une grande roue entraîne une petite roue, la vitesse augmente, mais la force disponible diminue.

Les ingénieurs choisissent donc la taille des roues dentées en fonction du résultat recherché.

Le sens de rotation

Deux engrenages directement en contact tournent toujours dans des sens opposés.

Si l'on souhaite que la dernière roue tourne dans le même sens que la première, il suffit d'ajouter une roue folle entre les deux. Cette roue intermédiaire change uniquement le sens de rotation, sans modifier le rapport de transmission.

Les différents types d'engrenages

Il existe plusieurs formes d'engrenages adaptées à des usages différents.

• Les engrenages à dents droites sont les plus simples et les plus courants.
• Les engrenages hélicoïdaux fonctionnent plus silencieusement et transmettent des efforts plus importants.
• Les engrenages coniques permettent de transmettre un mouvement entre deux axes qui se croisent.
• La vis sans fin entraîne une roue dentée placée à 90° et permet d'obtenir une très forte réduction de vitesse.

Des pièces très précises

Les dents d'un engrenage doivent être fabriquées avec une très grande précision. Un mauvais alignement ou une usure importante peut provoquer des vibrations, du bruit et une usure prématurée.

Les engrenages sont généralement fabriqués en acier, en bronze ou en matériaux composites. Ils sont souvent lubrifiés afin de réduire les frottements et d'augmenter leur durée de vie.

Des mécanismes présents partout

Les engrenages équipent un très grand nombre de machines : les boîtes de vitesses, les horloges mécaniques, les perceuses, les treuils, les grues, les ascenseurs, les éoliennes, les robots industriels ou encore les satellites.

Grâce à leur précision et à leur robustesse, ils permettent d'adapter la vitesse, la force et le sens de rotation selon les besoins de chaque machine. Ils constituent ainsi l'un des mécanismes les plus importants de toute la mécanique.

Les engrenages sont utilisés dans de nombreuses machines pour transmettre un mouvement de rotation, modifier la vitesse, augmenter ou diminuer la force ou encore changer la direction du mouvement. Grâce à leur précision et à leur fiabilité, ils sont présents dans les transports, l'industrie et de nombreux objets du quotidien.

Les engrenages dans les automobiles

Les automobiles utilisent plusieurs systèmes d'engrenages. La boîte de vitesses adapte la rotation du moteur aux différentes situations de conduite.

Lors du démarrage ou dans une montée, elle privilégie la force. À vitesse élevée, elle permet au moteur de tourner moins vite tout en maintenant une bonne vitesse de déplacement.

Le différentiel utilise également des engrenages. Il permet aux roues motrices de tourner à des vitesses différentes dans les virages, ce qui améliore la tenue de route et limite l'usure des pneus.

Les engrenages sur les vélos

Sur un vélo, les plateaux, les pignons et la chaîne permettent de modifier le rapport de transmission.

Le cycliste peut ainsi choisir un développement adapté à la situation : pédaler plus facilement dans une montée ou rouler plus vite sur une route plate.

Les montres et les horloges

Les montres mécaniques et les horloges renferment de nombreux engrenages miniatures.

Ces roues dentées transmettent progressivement le mouvement afin que les aiguilles indiquent correctement les secondes, les minutes et les heures. Certains mécanismes affichent également la date, les phases de la Lune ou d'autres informations astronomiques.

Les machines industrielles

Les engrenages sont présents dans les robots industriels, les convoyeurs, les presses, les machines-outils, les grues et les chaînes de fabrication automatisées.

Ils permettent de transmettre des efforts importants, de déplacer des pièces avec précision et de fonctionner de manière fiable pendant des millions de cycles.

La production d'énergie

Les éoliennes utilisent des engrenages pour augmenter la vitesse de rotation de l'arbre entraîné par les pales avant d'actionner le générateur électrique.

On retrouve également des systèmes similaires dans certaines centrales hydroélectriques, des machines agricoles et de nombreux équipements industriels.

Les objets du quotidien

De nombreux appareils utilisent des engrenages : les perceuses, les imprimantes, les appareils photo, les mixeurs, les portails motorisés, les ascenseurs, les jouets mécaniques ou encore certains fauteuils médicalisés.

Même lorsqu'un appareil est équipé d'un moteur électrique, des engrenages sont souvent nécessaires pour transmettre le mouvement jusqu'à la pièce qui doit être déplacée.

Des engrenages toujours plus performants

Les ingénieurs développent des engrenages plus silencieux et plus résistants grâce à de nouveaux matériaux, des traitements thermiques, des lubrifiants plus performants et des techniques d'usinage très précises.

Ces améliorations permettent d'augmenter la durée de vie des mécanismes, de réduire leur consommation d'énergie et d'améliorer leur fiabilité.