Une roue

Une roue est une pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre. La roue est l'une des huit machines simples.

Histoire

Origines de la roue

Les traces de roues, des représentations de roues, des jouets à roues en terre cuite, ou encore des vestiges de roues elles mêmes, font leur apparition archéologiquement en différents lieux en Europe et au Proche-Orient vers la fin du Néolithique, mais il n'est pas possible de déterminer le lieu et l'époque précise de l'invention des premières roues, du fait de la rareté des vestiges l'attestant et du potentiel de diffusion rapide propre à cette technologie.

Traditionnellement, l’invention de la roue a longtemps été attribuée à Sumer en basse Mésopotamie dans la seconde moitié du IVe millénaire av. J.-C., à la suite de la découverte d'un pictogramme représentant très schématiquement un chariot à deux roues sur une tablette issue du temple d’Inanna, à Uruk, la roue de transport était alors considérée comme une invention dérivée du tour de potier également attestée à Sumer à cette époque. En réalité la première utilisation attestée de véhicules à roues en Mésopotamie date de la première moitié du III millénaire av. J.-C.. Mais le pot de Bronocice, découvert en Pologne en 1974, présente un pictogramme gravé qui est la représentation d'un chariot à quatre roues et on estime sa datation à 3500 ans av. J.-C., de la culture des vases à entonnoir, ce qui a permis de mettre en doute l'origine sumérienne de la roue. Des chariots à roue datant du début du III millénaire av. J.-C. sont découverts dans les kourganes des premiers peuples indo-européens supposés de la culture de Yamna et des cultures dérivées, et un chariot plus ancien est découvert dans le kourgane de Starokorsunskaya appartenant à la culture de Maïkop dans le Kouban au nord du Caucase. Un jouet en forme de taureau à roues et d'autres indices attestent de la connaissance de la roue plus anciennement encore dans la culture de Cucuteni-Trypillia en Ukraine dès la première moitié du IV millénaire av. J.-C., la culture de Cucuteni-Trypillia utilisait d’ailleurs aussi le tour de potier avant Sumer. Et enfin la découverte de vraies roues de véhicules en bois en Europe centrale datant de la fin du IV millénaire av. J.-C. a définitivement mis un terme à la théorie de l'invention sumérienne.

Reconstitution de la roue en bois de Ljubljana Marshes, Slovénie, la plus ancienne véritable roue en bois datée à ce jour. Diamètre: 70 cm

La plus ancienne véritable roue en bois montée sur un axe qui a pu être conformément datée a été découverte en 2002 enfouie dans un marais (facilitant la conservation) près de Ljubljana en Slovénie, le dispositif est daté au radicarbone de 3340-3030 av. J.-C. pour la roue et de 3360-3045 av. J.-C. pour l'axe. Mais la roue de Ljubljana Marshes n'est pas isolée et d'autres roues de la même période sont maintenant connues en Europe centrale. Deux techniques distinctes d'assemblage roue-axe sont actuellement identifiées en Europe pour les premières roues du Néolithique: un type de construction de chariot péri-alpin trouvé dans les sites palafittiques autour des Alpes où la roue et l'axe tournent ensemble, comme c'est le cas de la roue de Ljubljana Marshes, et une technique connue dans la culture de Baden en Hongrie où l'axe reste fixe, les deux techniques semblent contemporaines et sont attestées entre 3200 et 3000 av. J.-C.

L'usage de la roue est inconnu dans l’Amérique précolombienne (les civilisations Inca, Maya, etc.), bien que des objets en pierre en forme de roue y aient été retrouvés et considérés comme des jouets (datés de 1500 ans av. J.-C.) mais pas d’engins utilisant la roue. Ce paradoxe est retenu comme exemple par Alain Gras pour illustrer le refus d’engagement dans des trajectoires technologiques données bien qu’accessibles en termes de faisabilité. Jared Diamond a quant à lui émis la théorie selon laquelle seules les civilisations qui disposaient d'animaux de trait (ce qui n'était pas le cas des Amérindiens) ont utilisé des attelages ; la roue n'étant pas utile pour les autres. La roue était également inconnue en Afrique subsaharienne et en Océanie jusqu’à son apport par la colonisation européenne.

Les premières roues étaient pleines, en bois, souvent constituées de trois ou quatre pièces assemblées.

Expansion du char de combat léger en Eurasie durant l'age du Bronze, depuis la culture de Sintashta dans le sud de l'Oural

Les roues à rayons et à jantes, à la fois bien plus légères et plus stables, apparaissent vers 2000 ans av. J.-C. dans la culture de Sintashta, une culture indo-européenne au sud de l'Oural, il s'agit alors des premiers chars de combats légers, rapides et maniables, tirés par des chevaux. Cette technologie a probablement beaucoup contribué à l'expansion des langues indo-iraniennes en Asie du Sud depuis la steppe d'Eurasie centrale, mais la technique se diffuse aussi rapidement à d'autres peuples. La pratique de l'enterrement des chars et des chevaux dans des kourganes avec leurs propriétaires défunts a permis aux archéologues d'en découvrir un grand nombre et de suivre son expansion géographique. Ainsi les chars de combat avec roues à rayons et jantes se répandront rapidement dans toute l'Eurasie, en même temps que les chevaux domestiques, depuis l'Europe à la Chine et l'Inde, et jusqu'en Égypte, durant le II millénaire av. J.-C.. La roue semble faire son apparition pour la première fois en Égypte et en Chine avec l'arrivée de ces chars de combat.

Développements plus récents

Roue d'avion à l'inspection, dans les années 1940

La roue est une invention qui constitue un des fondements des transports routiers. Elle permet de déplacer sur terre des charges importantes sur de longues distances, en réduisant les forces de frottement. Elle est indispensable dans la plupart des moyens de transports terrestres mais aussi pour d'autres moyens de transport tel que les avions (Train d'atterrissage par exemple).

Les roues étaient solidaires de l’essieu dans un premier temps, celui-ci constituant alors un axe reliant deux roues situées de part et d’autre de la caisse. Pour réduire le frottement entre l’axe et le châssis reposant sur lui, divers procédés ont été mis au point, dont notamment un trou dans un madrier faisant office de membrure, ce trou étant garni de galets lubrifiés avec de l’huile (l’ancêtre du roulement à billes).

Désormais les roues sont montées sur leur axe à l'aide de roulements à billes ou à rouleaux, ou de paliers hydrodynamiques. Ces derniers assurent une liaison mécanique fiable, avec un minimum de frottements.

La roue est aussi un modèle d'induction, avec la roue de Barlow qui en est la plus connue. D’ailleurs pour calculer le couple de Laplace agissant sur la roue, on peut le calculer en considérant que le flux est sur la seule direction du rayon principal, bien sûr ceci est faux, mais il s'avère que le résultat est le même que dans le cas général, ceci facilite donc le calcul.

La roue fluide est créée par une forme donnée à la surface de contact pour améliorer l'écoulement

Différents types

Une roue est dite « dentée » lorsqu’elle transmet le mouvement par obstacle à d'autres pièces par le biais de dents qui la garnissent sur son pourtour. On parle d’engrenage pour un système utilisant plusieurs roues de ce type, le nom de pignon étant donné aux plus petites d’entre elles.

La roue à aubes est une roue comportant des sortes de cuillères ou palettes (les aubes). Elle était utilisée dans les moulins à eau ainsi que dans les anciens bateaux à vapeur.

Une roue peut être motrice lorsqu'elle est en sortie d'une chaîne de transmission d'énergie, ou réceptrice lorsqu'elle est en entrée de cette chaîne.

La roue pour rongeurs est un accessoire de sport destiné aux souris, hamsters et gerbilles.

Une roue folle ou libre est une roue non motrice pourvue d'un axe libre décalé, pour un pivotage automatique. Les roues folles (qui ne transmettent pas d'énergie) n'ont pour fonction que le guidage et le support d'une charge (roue de remorque ou roue directrice de véhicule). La roue libre est aussi un dispositif mécanique dont le rôle est d'interdire la rotation d'un axe dans un des deux sens ; elle est soit à cliquet comme sur le pignon d'un vélo, bloquant la rotation par obstacle, soit à aiguilles se coinçant pour empêcher par adhérence la rotation (lanceur à ficelle de petit moteurs thermiques). Il se comporte comme une transmission qui se débraye lorsque l'élément mené va plus vite que son moteur.

En robotique, ou pour des chariots de manutention, on emploie des roues holonomes, constituées d'un moyeu muni de galets disposés en périphérie. Cette disposition permet d'établir des mouvements de déplacements différents suivant la combinaison des rotations des roues : par exemple, les mouvements d'avance (marche avant et arrière), de dérive (vers la gauche ou la droite) ou de lacet (rotation autour d'un axe vertical) dépendent des rotations imposées aux roues. De tels engins se manœuvrent dans un encombrement bien plus réduit que les véhicules à essieux articulés.

Symbolique

La roue est un symbole fréquent dans certains mythes décoratifs de l'architecture, comme symbole de la vie, du temps ou du destin. Elle symbolise les cycles, les recommencements, les renouvellements. C'est un symbole solaire dans la plupart des traditions. Elle est un des attributs de la Fortuna ou de Némésis antiques. Elle est associée à certains saints et martyrs de la religion chrétienne, comme instrument de torture, comme Catherine d'Alexandrie. Dans le symbolisme chrétien développé par le Pseudo-Denys l'Aréopagite, la roue symbolise le déroulement de la révélation divine. Ce symbolisme a été repris par certains alchimistes comme Clovis Hesteau de Nuysement et Fulcanelli.

Dans le bouddhisme, elle est la Roue du dharma, la Roue de la Loi, Dharmachakra, symbole représentant l'enseignement du Bouddha.

Description

Roue de chariot à Disneyland Paris.

La roue est constituée principalement de trois parties :

le moyeu, au centre, qui assure le guidage en rotation par rapport au support (châssis ou bras) ; son diamètre étant généralement très petit devant celui de la jante, l'effet des frottements entre le moyeu et le palier s'en trouve réduit. Dans le cas particulier de la roue sans moyeu (en) (inventée par Franco Sbarro), l'axe central est creux et fait presque la taille de la roue, donnant l'impression d'être absent.

à la périphérie, la jante, sur laquelle se fixe la bande de roulement souvent rapportée ; au contact de la jante avec le sol, le frottement de glissement se substitue au frottement de roulement. Cet effet combiné au précédent contribue au rendement du dispositif.

la structure, souvent composée de rayons, reliant les deux parties précédentes.

Expressions

L'importance de la roue dans la société se montre notamment à travers plusieurs expressions :

« en roue libre » : sans restriction, sans effort.

« mettre des bâtons dans les roues » : chercher à entraver une affaire, multiplier les obstacles envers un projet.

« démarrer sur les chapeaux de roue » : démarrer en trombe, à toute vitesse.

« pousser à la roue » : favoriser, contribuer.

« être la cinquième roue du carrosse » : compter pour rien, être inutile.

« faire la roue » : figure de gymnastique ; comportement du paon.

« réinventer la roue » : refaire inutilement quelque chose qui a déjà été fait il y a longtemps.

« comme sur des roulettes » : avec facilité, à merveille.

Paradoxe des roues accolées

Le moyeu d'une roue est accolé à sa roue car il en est solidaire. Si pendant que la roue roule sur une route, ce moyeu est considéré comme roulant sur un trottoir suffisamment haut, alors quand la roue a progressé de toute sa circonférence, le moyeu a lui aussi progressé de toute sa circonférence. Ces deux déplacements sont égaux alors que le périmètre de la roue est bien plus grand que celui de son moyeu. En fait le moyeu se déplace avec glissement sur le trottoir. Si, de même que la roue, ils sont imaginés crantés avec impossibilité de glissement du moyeu sur le trottoir, le mouvement se bloque sur le champ. C'est cette propriété qui est utilisée pour bloquer les caddies sur les tapis roulants inclinés.

Galerie

roues de charrette

Rayons d'une roue de vélo

roues à pneumatiques des 2cv

Éléments d'un Meccano

La grande roue d'une fête foraine

Roue à aubes d'un moulin.

Roue d'Orffyreus tentative de mouvement perpétuel.

Drapeau du peuple Rrom

现代的车轮

轮是以圆形的物体造成，可以绕着轴心转动。透过滚动，大为减少磨擦。如果配上轴，即成为车的最主要构成部份。轮在交通运输中非常有用，是人类的重要发明之一。除了车轮以外，其他圆形的轮还有船轮、飞轮等等。

轮的发明不但是交通运输的一大突破，更是人类技术的一项重要成就。轮和轴组合的轮轴是六种简单机械之一。由轮衍生的现代技术还有螺旋桨、喷射引擎、飞轮、陀螺仪、涡轮机等。

轮的历史

轮这种工具原来并不存在于大自然的动物或植物。自然世界内有些动物会滚动，但是没有动物是在轮子上移动。 据学者的研究，最早出现的车轮在距今6000年前左右在美索不达米亚、高加索及中欧等地出现，因此目前还无法断定是哪一个文化最早使用轮子。2002年时斯洛文尼亚的考古学家发现了卢布尔雅那沼泽轮，距今5,250 ± 100年，是世界上最早的木制车轮。 《说文解字》：车，舆轮之緫名。在中国，古有黄帝造车（故号轩辕氏）、夏禹时车正奚仲造车之说。目前考古发现的中国最早的车出现于距今约3700年前的夏朝时期，出土于偃师二里头遗址，为双轮车，轨距约1.2米；殷墟发现的商朝时期的车，通常轮径1.22~1.47米，轨距2.15~2.40米；秦朝车同轨，轨距统一为六尺（约1.386米）。 公元前四世纪时已有两轴车的图画。轮的发明大约是在新石器时代的晚期，至青铜器时代的早期。换句话说，智能人种出现后有十多万年是不懂得使用轮子的。最早的车轮以木制成，中间钻一个洞，装上车轴。横切树干并不能造成好的车轮，因为树干的切面缺乏足够的强度。车轮要以直切的木板裁成圆状方才耐用。 辐条式车轮是较为新的发明。辐条连接车毂（车轮的中心）和车辋（轮圈），带辐条的车轮较为轻，车辆亦较易操纵。早期的辐条式车轮多在战车上出现。

机构及机能

当一物体受力，要在另一物体表面移动时，轮子可以减少摩擦力，使物体能够在表面上移动较长的距离。像马车即为这样的例子。 轮型战车，用多轮分散车重 轮加上轴即为简单机械的一种，这种最基本的机器是人类应用技术的起点。轮子在扭力之下作出旋转。越接近轴心，扭力越大。把不同大小的轮接连，可造成复杂的机械。把轮与楔结合即成为齿轮。 轮子受力滚动时，其摩擦力较拖曳等重物品时要低，其原因和摩擦力有关，不过轮子滚动时摩擦力虽然较小，但仍然有称为滚动阻力的阻力，主因是由形变的能力损失所造成。 轴承就是利用轮子阻力较小的原理，在内圈和外圈中间加入滚珠或滚轴，当内圈和外圈有相对运动时，所有邻近物体的相对运动都是滚动，从而减少内圈和外圈之间的摩擦力。 利用轮子还有一个好处：若经过的表面有一些高低起伏，若轮子的半径够大，可以越过凹凸之处，轮子仍然可以前进，不会受到影响。

替代品

由电磁力提升，离开地面，以减少摩擦力（例如磁浮列车）。

使用雪橇，由动物拖曳。

由气压提升，离开地面（例如气垫船）。

骑乘动物，例如马。

利用人力： 步行。 使用担架或轿子。

步行。

使用担架或轿子。

利用履带（仍然有用到轮子，只是不直接和地面接触）。

利用履带轮。

利用球体，像弹珠及Dyson的吸尘器。

符号学

印度国旗 吉普赛旗 在文化中，轮常常用来表示循环及周期反复的事物（例如脉轮、阴阳等）。 有翅膀的轮（飞轮或翼轮）是进步的象征，包括巴拿马国徽及俄亥俄州高速公路巡警的警徽都有此图案。 轮也是印度国旗中的一大特征，表示印度哲学中的法。吉普赛旗中也有轮子，暗示他们游牧生活的历史和印度裔的起源。 在古埃及文化中，轮是用来表示太阳的符号。