Un mécanisme est un ensemble de pièces qui travaillent ensemble pour réaliser un mouvement ou une action. Chaque pièce remplit une fonction précise et c'est leur fonctionnement coordonné qui permet à une machine d'accomplir son travail. Les mécanismes sont présents dans presque tous les objets techniques, depuis une simple paire de ciseaux jusqu'aux robots industriels.

À quoi sert un mécanisme ?

Un mécanisme relie les différentes parties d'une machine afin de transmettre ou de transformer un mouvement. Il permet d'adapter le fonctionnement de la machine au travail qu'elle doit effectuer.

Selon sa conception, un mécanisme peut :

• transmettre un mouvement ;
• changer sa vitesse ;
• modifier sa direction ;
• transformer une rotation en déplacement rectiligne, ou l'inverse ;
• multiplier la force ou améliorer la précision d'un mouvement.

Des mécanismes partout

Les mécanismes sont utilisés dans un très grand nombre de machines. Une perceuse transmet la rotation du moteur jusqu'au foret. Les essuie-glaces transforment une rotation continue en un mouvement de va-et-vient. Une machine à coudre synchronise l'aiguille, le crochet et les griffes d'entraînement. Une montre mécanique fait tourner ses aiguilles grâce à un ensemble d'engrenages.

Dans les machines les plus complexes, plusieurs mécanismes fonctionnent en même temps. Une automobile, par exemple, associe la transmission, la direction, les freins, la suspension et de nombreux autres mécanismes qui doivent rester parfaitement synchronisés.

Des pièces qui travaillent ensemble

Un mécanisme est composé de nombreuses pièces : axes, engrenages, ressorts, leviers, roulements, courroies, chaînes ou encore bielle et manivelle. Chacune joue un rôle précis dans le fonctionnement de la machine.

Pour fonctionner correctement, toutes ces pièces doivent être bien ajustées. Les frottements sont limités grâce aux lubrifiants, aux roulements ou à des matériaux adaptés afin de réduire l'usure et d'améliorer le rendement.

Concevoir un mécanisme

Aujourd'hui, les ingénieurs utilisent des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAO) pour dessiner les pièces et simuler leur fonctionnement avant leur fabrication. Cette méthode permet de vérifier que le mécanisme est solide, précis et fiable.

Au cœur des machines

Les mécanismes sont les éléments qui donnent vie aux machines. En associant plusieurs pièces capables de transmettre et de transformer les mouvements, ils permettent de réaliser des actions précises, répétitives et souvent impossibles à accomplir uniquement avec la force humaine.

Le système bielle-manivelle est un mécanisme qui transforme un mouvement de rotation en mouvement rectiligne alternatif, ou l'inverse. Il est utilisé dans de nombreuses machines où un mouvement circulaire doit être converti en déplacement de va-et-vient, comme dans les moteurs, les pompes ou les compresseurs.

Les éléments du mécanisme

Le système bielle-manivelle est composé de trois pièces principales.

La manivelle est fixée sur un arbre qui tourne. Elle transforme la rotation de l'arbre en un déplacement circulaire de son extrémité.

La bielle est une tige articulée qui relie la manivelle au piston. Elle transmet les efforts tout en accompagnant les changements de direction du mouvement.

Le piston se déplace ensuite en ligne droite dans un cylindre. Il effectue un mouvement de va-et-vient appelé mouvement alternatif.

La transformation du mouvement

Lorsque la manivelle effectue un tour complet, le piston réalise un aller-retour complet. La forme du mécanisme permet donc de transformer une rotation continue en déplacement alternatif.

La longueur de la manivelle détermine la course du piston. Plus la manivelle est longue, plus le piston parcourt une grande distance entre sa position haute et sa position basse.

La longueur de la bielle influence également le fonctionnement du mécanisme. Elle permet de limiter les efforts latéraux sur le piston et d'obtenir un mouvement plus régulier.

Dans les moteurs à combustion

Dans un moteur à explosion, la combustion du mélange air-carburant produit une forte pression qui pousse le piston dans le cylindre.

La bielle transmet alors cette force à la manivelle du vilebrequin. La rotation du vilebrequin peut ensuite être transmise à la boîte de vitesses puis aux roues du véhicule.

Ce mécanisme permet de transformer l'énergie libérée par la combustion en un mouvement de rotation utilisable par la machine.

Dans les pompes et les compresseurs

Le système peut également fonctionner dans l'autre sens. Un moteur entraîne la manivelle en rotation, qui déplace ensuite le piston grâce à la bielle.

Le piston peut alors aspirer puis repousser un liquide ou un gaz. Ce principe est utilisé dans les pompes à eau, les compresseurs d'air, les moteurs à vapeur et de nombreuses machines industrielles.

Des pièces soumises à de grands efforts

La bielle et la manivelle doivent résister à des forces importantes répétées des milliers de fois par minute.

Les bielles sont généralement fabriquées en acier forgé ou en alliages métalliques résistants. Les articulations utilisent des coussinets ou des roulements lubrifiés afin de réduire les frottements et l'usure.

Des applications nombreuses

Le système bielle-manivelle est présent dans les moteurs de voitures, de motos, de bateaux, de locomotives et d'engins industriels.

On le retrouve également dans les machines de jardinage, les presses mécaniques, certaines machines-outils et de nombreux équipements qui nécessitent une transformation entre rotation et déplacement linéaire.