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Les moulins-bateaux : des usines flottantes actionnées par la force des courants

Tue, 16 Nov 2010 00:00:00 +0000

Image : Dernier moulin-bateau du Rhin, 1925.

Du Moyen Âge jusqu’à la fin du XIX^e siècle, les roues à eau étaient la principale source d’énergie dans le monde. Toutefois, la multiplication des moulins a rapidement rendu les petites rivières impraticables, ce qui a poussé les constructeurs médiévaux à se tourner vers des cours d’eau plus larges. Cette évolution a finalement conduit au développement des barrages hydrauliques que l’on connaît aujourd’hui.

Les étapes intermédiaires qui ont mené à l’invention de ces barrages restent souvent méconnues : il s’agit des moulins-bateaux, des moulins sous les ponts et des moulins à roue pendante. Les moulins-bateaux, qui existaient déjà en Italie au VI^e siècle, ont été construits un peu partout dans le monde entier. Si la plupart sont restés en activité jusqu’à la fin du XIX^e siècle, certains ont même survécu jusqu’au début du XX^e.

Les moulins-bateaux suivaient le niveau de l’eau et maintenaient en permanence la roue à aubes dans une position idéale. Ils représentaient ainsi une source d’énergie disponible 24 heures sur 24, 365 jours par an.

Le moulin-bateau, également connu sous le nom de moulin flottant, a longtemps été considéré comme une simple curiosité, reléguée au statut de simple note de bas de page dans la longue histoire des technologies hydrauliques. Selon certains historiens modernes, on trouvait à l’époque presque autant de moulins-bateaux que de moulins à vent. Toutefois, il est bon de rappeler que, contrairement aux idées reçues, les moulins à vent étaient moins courants que les moulins à eau.

Les premières études détaillées sur les moulins-bateaux n’ont été publiées que récemment, en 2003 et 2006 (voir les sources à la fin de l’article). Ces recherches ont fait plusieurs découvertes intéressantes : l’une d’elles a notamment mis en évidence la présence de trois petits moulins-bateaux sur une célèbre peinture médiévale datant de 1435, « La Vierge du chancelier Rolin », une peinture de Jan van Eyck. Jusque-là, personne ne les avait remarqués ou ne savait vraiment de quoi il s’agissait.

Image : Moulin-bateau, Encyclopédie de Diderot, 1751.

Il est vrai que les moulins-bateaux sont de curieuses constructions. Bien que certains ressemblent à des bateaux à roues à aubes, on ne les utilisait pas pour naviguer, bien au contraire. Il existe deux manières d’exploiter la force d’une roue à aubes : soit en utilisant le mouvement de l’eau pour générer de l’énergie, comme dans le cas du moulin à eau, soit en utilisant la rotation de la roue pour déplacer de l’eau, comme pour le bateau à roues à aubes.

En apparence, le moulin-bateau ressemble beaucoup à ce bateau-là, pourtant il fonctionne comme un moulin à eau. Pour faire simple, un moulin-bateau est un moulin à eau (avec une roue et un moulin) construit sur une plateforme flottante ancrée dans la rivière ou amarrée à sa rive. L’eau entraîne la roue, qui actionne à son tour les mécanismes du moulin. À l’époque, les moulins-bateaux pouvaient être utilisés seuls ou reliés les uns aux autres.

Les avantages des moulins-bateaux

Pourquoi bâtir des moulins à eau flottants, alors que l’on pourrait tout aussi bien construire un moulin à eau fixe sur la rive d’un cours d’eau ? Pour plusieurs raisons. Bien que l’eau soit une source d’énergie beaucoup plus fiable que le vent, on ne peut pas toujours compter sur elle. Le niveau des cours d’eau varie au fil des saisons et selon les conditions météorologiques, alors que l’axe de la roue à eau reste à hauteur fixe.

Pour remédier à ce problème sur les petites rivières, la construction de barrages et d’écluses permettait de réguler le niveau et le débit de l’eau. De cette façon, on atténuait les variations susceptibles de perturber le fonctionnement du moulin et un étang se formait autour de celui-ci. Une autre solution, particulièrement adaptée aux régions les plus vallonnées, était la roue à augets, qui a la particularité de recevoir l’eau par le haut, via un aqueduc. Elle offre ainsi un bien meilleur rendement (50 à 65 %) qu’une roue à aubes (20 à 30 %).

Cependant, il n’était pas envisageable de construire barrages et écluses sur un cours d’eau de 100 mètres de large et 10 mètres de profondeur, qui n’étaient donc pas adaptés aux roues à augets. Le niveau des cours d’eau les plus larges variant constamment, un moulin fixe se retrouverait facilement avec les pales hors d’eau et deviendrait alors inutile. À l’inverse, la montée du niveau de l’eau pourrait aussi submerger sa roue, partiellement ou totalement, la rendant encore une fois inutilisable (ce qui n’est pas le cas d’une turbine moderne, qui peut fonctionner complètement submergée).

Image : Moulin flottant sur la Mura en Slovénie, [source](http://smud-gorican.hr/mura/plavajoci_mlin_na_muri/).

Les variations les plus minimes du niveau d’eau peuvent considérablement diminuer le rendement d’une roue à eau fixe. La roue à aubes tire uniquement sa force de la puissance du courant, sans tirer parti de la gravité comme la roue à augets.

Grâce à un bassin de retenue, l’eau pouvait être dirigée vers la roue à aubes selon un angle optimal et ainsi déployer un rendement maximal. Toutefois, sur un grand cours d’eau sans bassin de retenue, il était impossible d’alimenter correctement une roue à aubes, ce qui diminuait encore son rendement déjà très limité.

Image : Moulins flottants sur la Seihun, Adana, Turquie, vers 1920 (collection de cartes postales de Ton Meesters, Breda, Pays-Bas*).

Les moulins flottants ont résolu ces problèmes. En effet, ces derniers suivaient simplement le niveau de l’eau et maintenaient la roue à aubes dans une position idéale. Ils fournissaient alors une source d’énergie disponible 24 heures sur 24, 365 jours par an (sauf en cas de conditions météorologiques extrêmes).

Par ailleurs, on pouvait placer les moulins flottants à des endroits inédits du cours d’eau, où le courant était plus fort qu’à proximité des rives. De cette façon, on augmentait encore leur rendement. Pour finir, les moulins-bateaux ont également résolu le problème d’encombrement des berges, une difficulté urbaine majeure.

Les deux types de moulins-bateaux

Dans l’ensemble, on distingue deux types de moulins-bateaux. Le premier était constitué de deux coques distinctes reliées par une roue à eau, tandis que le second n’avait qu’une seule coque avec une roue de chaque côté (ou parfois une seule roue sur un côté du bateau).

Le modèle à deux coques, similaire à un catamaran, était de loin le plus efficace et le plus puissant. En effet, les deux coques concentraient l’eau vers la roue et augmentaient la force du courant. En revanche, le moulin-bateau monocoque faisait tout le contraire : en dirigeant l’eau vers l’extérieur de sa roue, il était bien moins performant.

Image : Moulin-bateau, Encyclopédie de Diderot, 1751.

De plus, le moulin flottant à deux coques pouvait supporter des roues beaucoup plus grandes que le modèle monocoque, ce qui participait également à l’augmentation de la puissance. La double coque pouvait accueillir un système de vannes de régulation pour contrôler la quantité d’eau frappant la roue. Ce système permettait ainsi de réguler la vitesse de la machinerie à l’intérieur du moulin, d’arrêter complètement la roue, mais également de la protéger contre les débris flottants. Enfin, le moulin-bateau bicoque était aussi plus stable que son homologue monocoque.

Le plan de construction

L’une des deux coques était beaucoup plus large que l’autre. Elle abritait les machines de meunerie (meules et engrenages), les céréales à moudre et, pour les bateaux-moulins les plus spacieux, le domicile du meunier. Dans le cas de petits bateaux-moulins, le logement se trouvait au bord de la rivière.

Le plus petit ponton ne servait qu’à transporter l’essieu. À l’avant et à l’arrière, des poutres robustes reliaient la coque principale au ponton. Pour équilibrer le moulin-bateau, on chargeait des pierres dans le ponton.

Image : Un moulin-bateau, illustration de Johann Matthias Beyer.

Pour en faciliter l’accès, on positionnait toujours la grande coque du côté de la rive. Les bateaux à deux coques étaient donc conçus sur mesure pour l’amarrage : sur la rive gauche ou droite (Jan Van Eyck n’a pas tenu compte de cet aspect dans sa peinture).

S’il était amarré à la berge, on rejoignait le moulin par un pont en pierres ou en bois ou bien par une simple planche. Il arrivait qu’on utilise des bêtes de trait pour livrer les céréales et transporter la farine. Lorsqu’il était ancré au milieu du cours d’eau, le moulin-bateau n’était accessible que par de petits bateaux.

La diversité des moulins-bateaux

Les moulins flottants, presque entièrement faits en bois, étaient le résultat de véritables prouesses architecturales. Ils mesuraient en général 10 à 15 mètres de long, mais les plus grands pouvaient atteindre une longueur de plus de 20 mètres. La grande coque faisait 5 à 8 mètres de large, le ponton 2 à 3 mètres. Les deux avaient généralement une forme rectangulaire. Un moulin-bateau pouvait dépasser les 6 mètres de haut, certains avaient même deux ou trois étages.

Image : Les moulins-bateaux, Johannes Stradanus, 1600.

Image : Deux moulins-bateaux (dont un à balcon) sur l’Elbe à Aache, Allemagne, 1899 (collection de cartes postales de Ton Meesters, Breda, Pays-Bas*).

Cependant, si l’on pouvait rencontrer d’énormes moulins flottants magnifiquement ouvragés, d’autres s’apparentaient plutôt à de petites constructions, parfois très rudimentaires. Un moulin-bateau pouvait servir entre 30 et 50 ans et sa roue était généralement remplacée tous les 10 ans. Mais certains ne duraient pas aussi longtemps et pourrissaient de l’intérieur ou tombaient simplement en ruine.

Des roues gigantesques

Si les roues des moulins à eau classiques ne dépassaient que rarement un mètre de large, celles des bateaux-moulins à deux coques pouvaient atteindre jusqu’à 6 mètres de large, avec un axe pouvant atteindre 10 mètres de long. Les ingénieurs du Moyen Âge ont repoussé leurs limites. Toutefois, les roues en bois ne pouvaient être plus grandes sans perdre en résistance.

Les roues les plus grandes atteignaient 5 mètres de diamètre et une vitesse de 3 à 5 tours par minute, selon la puissance du courant. De cette façon, elles déployaient une force de 3 à 5 chevaux au niveau de l’arbre de transmission.

Image : Moulin-bateau sur la Kur à Tiflis, Géorgie, vers 1900 (collection de cartes postales de Ton Meesters, Breda, Pays-Bas*).

Image : Un moulin-bateau avec deux roues à aubes.

Les moulins-bateaux monocoques ne pouvaient pas supporter des roues aussi larges que celles des modèles bicoques, ce qui réduisait considérablement leur puissance. Parmi les moulins flottants les plus rares, on pouvait trouver certains bateaux à deux coques munis de deux roues à aubes, situées entre la coque principale et le ponton qui pouvaient faire fonctionner simultanément deux moulins. Toutefois, une telle installation nécessitait des essieux très longs, difficiles à se procurer. L’installation de ces deux roues l’une derrière l’autre a finalement résolu ce problème, au détriment du rendement.

Les multiples usages du moulin-bateau

À partir du XV^e siècle et alors que la plupart des moulins-bateaux se spécialisaient dans le broyage des céréales, de nombreux moulins à eau classiques ont commencé à diversifier leurs activités, avec néanmoins quelques exceptions. Dans sa monographie de 2003, l’auteur flamand Karel Broes répertorie plusieurs types de moulins flottants destinés à diverses activités. Parmi elles, on retrouve la scierie, la fabrication de papier, le foulage des étoffes, le pressage de l’huile, le polissage des métaux, la frappe de monnaie et la filature du coton. Certains des moulins-bateaux les plus récents ont participé à la production d’électricité jusqu’à leur démantèlement.

Image : Un remorqueur au mouillage (Encyclopédie Diderot, 1751).

Diderot a décrit un remorqueur au mouillage, c’est-à-dire stationnaire (voir l’image ci-dessus). Dans son ouvrage sur l’histoire de la technologie chinoise, Joseph Needham cite un auteur chinois du XVI^e siècle qui décrit les martinets montés sur les moulins-bateaux servant à fabriquer le papier :

« À Liangjiang, on trouve de nombreux moulins-bateaux ancrés au beau milieu du fleuve. Leur fonctionnement est identique à celui des moulins à eau dont les roues s’adaptent au niveau de l’eau. Les opérations de broyage, de pilage et de tamisage sont toutes réalisées grâce à la force hydraulique. Ces bateaux ne cessent de grincer. »

Les origines

Rares sont les inventions de l’Antiquité pouvant être datées avec autant de précision que le moulin-bateau. En 536 ou 537 après J.-C., Rome a été assiégée par les Ostrogoths. Afin d’affamer les Romains, ces derniers ont détruit 14 aqueducs alimentant la ville en eau. Cependant, les Romains n’ont pas été privés d’eau potable puisque le Tibre traversait la ville fortifiée. En revanche, les aqueducs alimentaient les moulins à eau qui broyaient les céréales pour toute la population de Rome.

Chargé de défendre la ville, le général byzantin Bélisaire a eu la brillante idée du moulin-bateau. L’événement est retranscrit en détail par l’auteur contemporain Procope :

« Lorsque l’eau fut coupée, que les moulins s’arrêtèrent et que le bétail ne put plus moudre, la ville fut privée de nourriture et l’on eut du mal à trouver de quoi nourrir les chevaux. Mais Bélisaire, homme ingénieux, trouva une solution. En dessous du pont enjambant le Tibre, il fit tendre des cordes bien attachées d’une rive à l’autre.

Il y attacha deux barques de même taille qu’il positionna près des arches, là où le courant était le plus fort, à 60 cm d’écart l’une de l’autre ; et, après avoir placé des meules dans l’une des barques, il suspendit entre elles des machines faisant tourner ces meules. À intervalles réguliers le long de la rivière, il plaça d’autres machines similaires afin de faire fonctionner, grâce à la force hydraulique, autant de moulins qu’il en fallait pour moudre la nourriture de la ville. »

Image : Moulins flottants dans la Rome antique. Illustration : Dominico Ghirlandaio.

Moulins-bateaux sur le Tibre, Italie.

À la suite de ce siège, l’Empire romain n’a survécu que quelques décennies (les Ostrogoths ont pris Rome en 562), mais le moulin-bateau fut utilisé pendant les 1 400 années qui ont suivi, le dernier ayant disparu dans les années 1990. Étonnamment, les moulins-bateaux n’ont pratiquement pas évolué au fil des siècles. Les rares modèles que l’on pouvait encore observer durant la seconde moitié du XX^e siècle ressemblaient beaucoup à ceux des illustrations du Moyen Âge (aucune illustration antérieure ne nous est parvenue).

Répartition des moulins-bateaux en Europe

Après un premier succès à Rome, le moulin-bateau est largement adopté le long du Tibre avant de se populariser rapidement dans toute l’Europe. Au cours du VI^e siècle, on en retrouvait également à Genève, à Paris et à Dijon. Au IX^e siècle, ils étaient également présents sur les rives du Rhin à Strasbourg et à Mayence (en Allemagne). À la fin du X^e siècle, des moulins-bateaux ont été construits sur la Koura, en Géorgie. Ils ont été érigés à Venise et dans les Balkans au XI^e siècle, puis en Espagne au XII^e siècle.

Moulins-bateaux sur le Rhin, détail issu de « [Ansicht von Köln](http://images.zeno.org/Kunstwerke/I/big/HL31524a.jpg) » par Anton Woensam, 1531*.

Au XII^e siècle, Toulouse avait déployé sur la Garonne au moins 60 moulins-bateaux qui broyaient toutes les céréales de la ville. Au XIV^e siècle à Paris, la Seine comptait de 70 à 80 moulins-bateaux sur 2 kilomètres à peine. À Lyon, en 1493, 17 moulins flottants étaient en fonctionnement sur le Rhône. Ce nombre est ensuite passé à 20 en 1516, puis à 27 en 1817.

L’Elbe, qui traverse l’Allemagne et la République tchèque, comptait autrefois 500 moulins-bateaux. Des centaines de moulins-bateaux flottaient également sur le Danube : 62 à Vienne (Autriche), 88 à Budapest (Hongrie) et un nombre indéfini en Slovaquie, en Croatie, en Serbie, en Bulgarie et en Roumanie. La Mur, une rivière qui traverse l’Autriche et la Slovénie, comptait plus de 90 moulins-bateaux. Des moulins-bateaux sont même visibles sur des peintures de la ville de Moscou datant du XVII^e siècle.

Moulins-bateaux sur la Koura à Tiflis, en Géorgie, vers 1900 (carte postale de la collection de Ton Meesters, Breda, Pays-Bas).

Daniela Gräf, dans son étude de 2006, a pu attester l’existence de près de 700 sites sur lesquels ont été construits un ou plusieurs moulins-bateaux, principalement le long de la Seine, la Loire, la Garonne, le Rhône, le Rhin, la Weser, l’Elbe, l’Oder, le Danube, le Pô et leurs affluents. Le nombre total d’installations reste inconnu à ce jour. Les moulins-bateaux se sont démocratisés dans de nombreuses régions du monde, mais pas partout. En effet, les Scandinaves et les Anglais n’ont jamais adopté cette technologie.

Les tentatives de construction de tels moulins sur la Tamise, à Londres, ont échoué à deux reprises, aux XVI^e et XVIII^e siècles. Les raisons de cet échec sont méconnues. Dans la Région flamande de Belgique et aux Pays-Bas, les moulins-bateaux n’ont jamais réussi à s’implanter durablement. Moins d’une douzaine étaient exploités entre le XV^e et la fin du XVII^e siècle. La raison est bien connue : le débit des rivières des Pays-Bas étant trop faible, l’énergie hydraulique était d’une utilité très limitée. Néanmoins, cette région très venteuse est devenue le centre névralgique de la technologie des moulins à vent.

Distribution des moulins-bateaux en dehors de l’Europe

À la fin du IX^e siècle, les moulins-bateaux sont apparus dans le monde musulman : ils étaient utilisés le long du Tigre et de l’Euphrate. Ces grands moulins flottants étaient équipés de quatre pierres et pouvaient chacun produire près de 10 tonnes de farine en 24 heures. Chaque moulin pouvait moudre les céréales pour environ 25 000 personnes, il en fallait donc une soixantaine pour nourrir le million et demi d’habitants de Bagdad de l’époque.

À cette époque et comme le note Terry Reynolds dans son livre sur l’histoire de la roue hydraulique verticale (voir les sources en fin d’article), aucun pays européen ne disposait d’un tel mécanisme de mouture du maïs. En 1148, Ibn Jubayr décrivait les moulins-bateaux situés de l’autre côté de la rivière Khabur, en Haute-Mésopotamie, comme « formant, pour ainsi dire, un barrage ».

Image : Une filature de coton flottante au Japon (1880-1933). Source : « Water Mills in Japan », Kenjiro Kawakami, Transactions TIMS, V, 1982.

Joseph Needham a trouvé des références de moulins-bateaux dans la littérature chinoise, notamment en 737, lorsque « les ordonnances du département des voies navigables de Thang ont interdit les moulins-bateaux sur les rivières et les ruisseaux près de Loyang comme s’ils étaient bien connus », ainsi qu’en 1170, en 1313, en 1570, en 1628 et en 1637. En 1848, le voyageur Robert Fortune a trouvé toute une flotte de moulins-bateaux près de Yenchow, dans le nord du Fukien. Voici sa description :

« Le cours d’eau était très rapide en de nombreux endroits, à tel point qu’il était utilisé pour faire tourner les roues hydrauliques qui meulent et décortiquent le riz et d’autres types de céréales. J’ai d’abord cru qu’il s’agissait d’un bateau à vapeur, mais j’ai été très surpris. Une grande barge ou embarcation était solidement amarrée près de la rive par l’étrave et la poupe, dans une partie du fleuve où le courant était le plus fort.

Deux roues, semblables aux pagaies d’un bateau à vapeur, étaient placées sur les côtés du bateau et reliées par un axe qui traversait le pont. Le bateau était recouvert d’une bâche pour le protéger de la pluie. En remontant la rivière, nous nous sommes aperçus que les machines de ce type étaient très répandues. »

Image : Un moulin-bateau chinois.

Au début du XX^e siècle, Worcester a réalisé des dessins techniques détaillés des moulins-bateaux encore en activité autour de la ville chinoise de Fouchow. Ces moulins étaient équipés de quatre roues hydrauliques sur deux essieux (voir le plan ci-dessus).

Moulins à marée

Les moulins-bateaux ont également permis de générer de l’énergie depuis les zones côtières et les estuaires, car ils pouvaient être utilisés comme moulins à marée. Le premier, décrit en 960 après J.-C., était situé sur un canal de Bassorah, dans le sud de l’Irak. Il est possible que les premiers moulins-bateaux de Venise aient également été des moulins à marée, mais le mystère reste entier.

Quand un moulin-bateau était utilisé comme moulin à marée, ses roues tournaient dans un sens quand la marée montait, puis dans l’autre quand la marée descendait. Ils ne pouvaient pas fonctionner plus de 10 heures par jour. Il était très rare de trouver de tels moulins, les barrages et les réservoirs de marée étaient des options plus courantes pour exploiter l’énergie des marées.

Moulins-ponts

Les meuniers du Moyen Âge ont rapidement constaté que le rendement des moulins-bateaux pouvait être amélioré s’ils étaient ancrés ou amarrés près d’îles, de bancs de sable ou de structures fixes comme des ponts. Les piliers étroits et les petites arches des ponts médiévaux augmentaient considérablement la vitesse du courant à ces endroits. Il était très courant de placer un moulin-bateau sous les arches d’un pont, ou juste en aval de celui-ci.

Reynolds note que lorsque le Grand Pont de Paris a été détruit à la fin du XIII^e siècle, plus d’une douzaine de moulins-bateaux y étaient reliés. Dans l’urgence, leurs propriétaires ont construit un autre pont (en bois) pour que les moulins puissent continuer de fonctionner.

Image : Deux moulins-bateaux ancrés devant un pont. Jules Chevrier.

Image : Un moulin bateau ancré devant un pont (Zonca).

De cette pratique est né le moulin sous les ponts, probablement apparu au XII^e siècle (la première description provient de Cordoue, en Espagne). Les moulins sous les ponts ne flottaient pas, ils faisaient intégralement partie du pont où ils étaient construits et où se trouvait leur machinerie. Contrairement aux moulins-bateaux, les moulins sous les ponts avaient besoin d’un mécanisme permettant de modifier la position de la roue en fonction du niveau de l’eau.

Dans la plupart des cas, le moulin était suspendu au pont par des chaînes qui pouvaient être ajustées par un cabestan horizontal (comme décrit par Zonca, dans l’illustration ci-dessus) ou une roue à aubes. Les moulins sous les ponts disposaient de vannes d’écluse pour contrôler le flux d’eau et protéger la roue contre les bois flottants. À partir du XVI^e siècle, un certain nombre de moulins-bateaux ont été remplacés par des moulins sous les ponts.

Barrages hydrauliques

Le moulin sous les ponts était une étape intermédiaire dans le processus d’adaptation de la roue à eau aux rivières les plus larges. Comme l’a décrit Terry Renolds dans son étude sur l’histoire de la roue hydraulique verticale (voir les sources en fin d’article), ce processus a finalement abouti au barrage hydroélectrique tel que nous le connaissons aujourd’hui :

Croquis de reconstruction du moulin sous les ponts du Pont-Aux-Meuniers, Paris, XVI^e siècle. Source : *[Paris à gré d’eau](http://www.anthese.fr/product_info.php?cPath=3&products_id=121&osCsid=b897a29817bba7a033fbf1a3fd881484)*, François Beaudoin.

« Le barrage hydroélectrique et son annexe, le canal d’amenée, sont probablement les évolutions du moulin-bateau et du moulin sous les ponts. Le moulin-bateau fut élaboré pour tenter d’adapter la roue verticale au flux naturel des cours d’eau. C’était un pas de plus dans cette direction, mais le moulin-bateau avait aussi démontré que les conditions naturelles d’écoulement pouvaient être considérablement améliorées de façon artificielle.

Dans un sens, lorsqu’ils étaient combinés avec des moulins sous les ponts ou des moulins-bateaux, les ponts fluviaux médiévaux étaient une forme primitive de barrage hydroélectrique, une étape intermédiaire entre le moulin-bateau autonome et le barrage hydroélectrique à grande échelle. Cependant, les barrages hydroélectriques construits de façon intentionnelle et les canaux d’amenée qui leur sont souvent associés sont allés plus loin. Le moulin-bateau et, dans une moindre mesure le moulin sous les ponts, ont adapté la roue à eau aux conditions naturelles des cours d’eau. Le barrage hydroélectrique a fait l’inverse : il a adapté le flux à la roue. »

Moulins à roue pendante

Une variante au moulin sous les ponts était le « moulin à roue pendante » ou « moulin suspendu », qui n’était pas suspendu à un pont, mais à une structure spécialement conçue à cet effet. Il est à noter que, par abus de langage, les moulins sous les ponts sont aussi appelés moulins à roue pendante ou moulins suspendus.

Le moulin à roue pendante fonctionnait d’une manière similaire, mais n’offrait pas tous les avantages du moulin sous les ponts : son coût était plus élevé et on ne pouvait y accéder que par bateau. Ces deux moulins offraient néanmoins un rendement énergétique relativement élevé, car ils pouvaient supporter plusieurs roues à eau et être bien plus larges que les moulins-bateaux.

On dispose de peu d’informations sur ces moulins suspendus, la plupart des données disponibles se limitant aux moulins de France. Le « moulin-pendant » ci-dessus, à Châtres, était encore en activité en 1910. À Paris, au XVII^e siècle, trois larges moulins à roue pendante ont été construits sur la Seine pour pomper l’eau du fleuve et approvisionner la ville.

Image : Un moulin suspendu.

Image : La joute des mariniers, peinture de Jean-Baptiste Nicolas Raguenet, 1756.

La pompe de la Samaritaine a été construite en 1608 et celle du pont Notre-Dame, composée de deux moulins suspendus et d’un château d’eau entre les deux, en 1670, à la suite d’une sévère pénurie d’eau. Les deux édifices déployaient des puissances respectives de 8,7 et de 18,6 CV. La pompe du pont Notre-Dame, détruite pendant la seconde moitié du XIX^e siècle, est représentée ci-dessus dans la peinture de Jean-Baptiste Nicolas Raguenet. On remarque le moulin flottant juste derrière le pont.

À partir du XVI^e siècle, de larges moulins suspendus ont également été construits en dehors de la France, notamment en Allemagne où ils étaient appelés « Panstermühlen ». Beyer en décrit un doté de plusieurs roues, mesurant 27 mètres de long, 15 mètres de large et 18 mètres de haut (voir l’illustration ci-dessous). Il était construit sur la rive, mais contrairement à un moulin à eau fixe traditionnel, ses roues pouvaient être déplacées verticalement. Au XIX^e siècle, un autre type de moulin à roue pendante est apparu en Roumanie et en Pologne (l’« Alvan »).

Image : Un moulin-bateau allemand.

À partir du XV^e siècle, les moulins à roue pendante se sont aussi démocratisés en Extrême-Orient. Dans le moulin japonais ci-dessous, qui figure dans l’étude de Broes, l’essieu à eau était soulevé au moyen d’un levier.

Image : Un moulin suspendu japonais.

Des dangers ambulants

Les moulins sous les ponts et les moulins à roue pendante présentaient un autre avantage de taille par rapport aux moulins flottants : ils étaient bien plus sûrs. Dès leurs débuts, les moulins-bateaux causaient de nombreux problèmes. En effet, en cas de fortes inondations ou de tempêtes, il arrivait que leurs amarres cassent. Les moulins étaient alors emportés, parfois avec des personnes à bord, et s’écrasaient contre des bateaux, des quais, des ponts ou même d’autres moulins-bateaux.

Ils pouvaient se coincer dans l’arche d’un pont, bloquant ainsi la rivière et provoquant une montée encore plus forte du niveau des eaux. Des blocs de glace flottants pouvaient entraîner les mêmes accidents. Les moulins-bateaux n’étaient pas équipés des moyens de navigation adéquats. Sans leurs attaches, ils devenaient incontrôlables : ils ne pouvaient donc naviguer que par temps calme.

Même dans des conditions météorologiques normales, les moulins-bateaux constituaient une menace, en particulier pour la navigation. Pour éviter les accidents décrits ci-dessus, les moulins flottants devaient être solidement ancrés. En général, on reliait ces moulins à des chaînes fixées à de lourds poteaux en bois plantés dans le lit de la rivière, souvent inclinés vers l’amont. Ces poteaux représentaient également un danger pour les autres bateaux, surtout si le moulin-bateau avait déjà été emporté entre-temps.

Les moulins sous les ponts et les moulins à roue pendante étaient moins dangereux : en cas d’inondation ou de gel, on pouvait sortir leurs roues de l’eau, ce qui évitait les dégâts potentiels. Ils étaient également plus stables, contrairement aux moulins-bateaux qui livraient parfois un produit de qualité inférieure en raison de l’instabilité de l’eau, et qui, pour cette même raison, n’étaient généralement utilisés que pour moudre du grain. Enfin, les moulins sous les ponts et les moulins à roue pendante étaient bien plus faciles à entretenir que les moulins-bateaux.

La fin du moulin-bateau

Dans certaines régions, les moulins-bateaux ont été abandonnés assez rapidement. Les 60 moulins flottants installés à Toulouse au XII^e siècle ont disparu moins d’un siècle après leur construction. Ils ont été remplacés par trois barrages sur lesquels ont été érigés 43 moulins fixes. Le plus long des trois, le barrage diagonal du Bazacle (400 mètres), mis en fonction dès 1177, est resté la plus grande centrale hydroélectrique pendant des siècles.

Le dernier moulin-bateau sur l’Elbe en République tchèque.

Cependant, cette transition radicale et précoce semble avoir été l’exception plutôt que la règle. De nombreux barrages hydroélectriques ont par la suite été construits et davantage de moulins-bateaux ont été remplacés par des moulins sous les ponts ou des moulins à roue pendante. Toutefois, dans la plupart des pays européens et au Proche-Orient, les moulins-bateaux sont restés en service pendant une bonne partie du XIX^e siècle.

La majorité des moulins-bateaux ont été abandonnés entre 1770 et 1870, ce qui n’est pas une coïncidence. Cette période correspond à l’émergence des premiers bateaux à vapeur et à l’essor de la navigation fluviale. L’utilisation des moulins-bateaux a été législativement restreinte en Autriche en 1770 et à Paris en 1787.

La construction de nouveaux moulins-bateaux sur le Rhin a été interdite en 1868. En Slovaquie, à la fin du XIX^e siècle et en réponse à des réglementations strictes, certains moulins-bateaux ont été transformés en moulins fixes sur pilotis (voir la photo ci-dessous, par Leo van der Drift).

Image : Un moulin-bateau converti en moulin fixe.

En 1800, Paris ne comptait plus que 4 moulins-bateaux. Les derniers moulins de ce type ont disparu de la Seine, de la Loire et du Rhône en 1840, 1842 et 1894. Le dernier moulin-bateau de Cologne a été fermé en 1847.

Au début du XIX^e siècle, une vingtaine de moulins-bateaux étaient encore en activité sur le Tibre et broyaient des céréales pour une population de 158 000 habitants. À la fin du siècle, ces moulins avaient tous disparu. En revanche, Vienne (en Autriche) comptait encore 55 moulins-bateaux en 1870. En Chine, ils sont restés en service jusqu’à la fin du XIX^e siècle.

Les moulins-bateaux au XX^e siècle

Au XX^e siècle, on trouvait encore des moulins-bateaux sur certaines rivières. Au cours de la première moitié du siècle, des moulins-bateaux étaient toujours en activité en Géorgie (9 moulins à Tiflis en 1909), en République tchèque (à Lovosice en 1911), en France (3 moulins sur le Doubs en 1914), en Irak (à Tekhrit, où ils ont été utilisés jusqu’en 1917), en Italie (10 moulins-bateaux à Vérone en 1914, le dernier ayant cessé de fonctionner en 1929), en Turquie (1920), en Allemagne (jusqu’en 1926), au Japon (1933), en Slovaquie (1937), en Hongrie (à Tiszán en 1940) et en Autriche (à Misseldorf jusqu’en 1945).

La Bosnie comptait 27 moulins-bateaux en 1950, le dernier ayant disparu en 1966. En Roumanie, 35 moulins-bateaux étaient encore en activité en 1957 et 8 fonctionnaient encore en 1968. Enfin, l’historien français Claude Rivet a découvert en 1990 un moulin-bateau en activité sur la Morava à Kuklijn (en Serbie). Ce moulin a été fermé peu de temps après. Il semblerait qu’il s’agisse là de l’un des derniers moulins-bateaux en activité (voir cette vidéo très intéressante). Depuis, une dizaine ont été reconstruits.

Sources (par ordre d’importance) :

« Over schipmolens en andere onderslagmolens met in hoogte verstelbare wateras », Karel Broes, Molenecho’s, Vlaams tijdschrift voor Molinologie, juillet- septembre 2003. Il semble qu’il n’existe qu’un seul exemplaire de ce numéro (plus ou moins) accessible au public, dans une bibliothèque d’Anvers, en Belgique.
Stronger than a Hundred Men: A History of the Vertical Water Wheel (Johns Hopkins Studies in the History of Technology), Terry S. Reynolds, 1983. C’est grâce à cet ouvrage que j’ai eu l’idée d’écrire cet article. On ne trouve pas d’informations détaillées sur les moulins flottants, mais Reynolds replace cette technologie dans son contexte historique.
Boat mills in Europe from early medieval to modern times, Daniela Gräf, 2006. N’ayant encore réussi à me procurer un exemplaire de cet ouvrage, je me suis référé à certains articles de revue et à sa table des matières. Il est tiré d’une thèse parue en 2003 et représente un complément précieux aux sources déjà mentionnées.
« Wheels ex-aqueous and ad-aqueous; ship-mill and paddle-boat in east and west », dans Science and Civilisation in China, Vol. 4: Physics and Physical Technology, Part 3: Civil Engineering and Nautics, Joseph Needham, 1971. Les moulins-bateaux en Asie.
Theatrum Machinarum Molarium, Oder Schau-Platz der Mühlen-Bau-Kunst, Johann Matthias Beyer, 1735.
Vollständige Mühlen-Baukunst, Leonhard Christoph Sturm, 1718.
Die Kölner Rheinmühlen I & II, Horst Kranz, 1991-1993. Il existe également un site web.
Studies in ancient technology, R.J Forbes, 1965.
L’Encyclopédie, Diderot et d’Alembert, 1751.
« Histoire d’une technique. Le dernier moulin à nef », Claude Rivals, L’Histoire, No. 153, 1992.
Le moulin et le meunier. Mille ans de meunerie en France et en l’Europe, Claude Rivals, 2000.
Paris à gré d’eau, François Beaudoin, 1993.
« Schiffmühle », Wikipédia.
Wind, Water, Work: Ancient And Medieval Milling Technology (Technology and Change in History), Adam Lucas, 2005.
A survey of water mills in Japan, Kenjiro Kawakami, 1982.

Des usines alimentées par énergie éolienne : histoire (et futur) des moulins à vent industriels

Thu, 08 Oct 2009 00:00:00 +0000

Image : Une scierie néerlandaise. Wikipedia Commons.

Dans les années 1930 et 1940, alors que le moteur à vapeur avait rendu l’énergie éolienne obsolète depuis des dizaines d’années, des chercheurs néerlandais ont repoussé les limites du moulin à vent traditionnel, pourtant déjà très sophistiqué. Du fait de leurs résultats exceptionnels, il ne fait aucun doute qu’une armée de spécialistes de l’écologie pourrait aujourd’hui faire encore mieux. Faut-il ressusciter les moulins à vent industriels et convertir à nouveau l’énergie cinétique en énergie mécanique ?

En 1850, les Pays-Bas comptaient 5 fois plus de moulins à vent que d’éoliennes aujourd’hui

Il y a plus de 900 ans, l’Europe devenait la première grande civilisation dont la source d’énergie ne reposait pas sur la force humaine. L’apparition de dizaines de milliers de moulins à vent et à eau secondés par le travail animal a radicalement transformé l’industrie et la société.

Cette révolution industrielle entièrement alimentée par des énergies renouvelables incarne un rêve on ne peut plus moderne. Les moulins à vent et à eau représentent finalement les premières véritables usines de nos civilisations. Ils se composaient d’un bâtiment qui reliait une source d’énergie à un système de rouages, mais ils nécessitaient également de la main-d’œuvre pour produire diverses denrées.

La technologie qu’ils mettaient en place n’était pas nouvelle : les moulins à vent et à eau existaient déjà dans l’Antiquité et ceux utilisés au début du Moyen Âge n’étaient, d’un point de vue technique, pas si différents. Cependant, d’anciennes civilisations telles que les Grecs et les Romans n’en faisaient pas grand usage, sans doute pour des raisons religieuses ou parce qu’ils disposaient de suffisamment de main-d’œuvre esclave.

À eau ou à vent ?

Les moulins à eau étaient (généralement) plus imposants et plus nombreux que les moulins à vent. Ceci est plutôt logique compte tenu du fait que leur technologie était plus simple et plus fiable : le flux d’une rivière peut varier en fonction des saisons, mais il est rare qu’elle ne s’assèche totalement. De plus, le flux de l’eau pouvait être contrôlé avec précision, à l’aide de canaux et d’écluses, afin de fournir la vitesse et la charge nécessaires pour le fonctionnement du mécanisme intérieur du moulin.

Image : Dessin technique d’une scierie industrielle. De « Molenbouw: het staande werk van de bovenkruiers », Anton Sipman, 1975.

En revanche, le vent ne souffle pas toujours. Même lorsqu’il souffle, sa vitesse et sa direction peuvent changer à tout moment. Par ailleurs, les moulins ne disposaient pas non plus d’un moyen efficace pour contrôler la force du vent, du moins pas au début du Moyen Âge. C’est à partir du XI\e siècle que le moulin à eau s’est largement implanté en Europe. Près de 200 ans plus tard, quasiment toute l’énergie disponible des rivières et des cours d’eau était mise à profit.

Cependant, certaines régions n’étaient pas adaptées à une telle technologie. C’était parfois en raison du manque d’eau (en Espagne par exemple) ou parce que le terrain, trop plat, ne permettait pas un flux suffisamment fort (comme aux Pays-Bas ou dans certaines régions d’Angleterre) ou encore parce que l’eau gelait en hiver (comme en Scandinavie, en Russie et dans certaines régions de l’Allemagne). C’est dans ces zones que le moulin à vent a fait son apparition au XIIIe siècle, voire parfois plus tôt, puis s’est rapidement démocratisé. Par la suite, les régions aux ressources hydrauliques importantes en ont également construit pour libérer les rivières et les cours d’eau.

Des moulins à vent par milliers

Le nombre de moulins à vent au début du Moyen Âge reste inconnu puisque les quelques registres qui nous sont parvenus ne les distinguaient pas des moulins à eau. Par exemple, nous savons aujourd’hui qu’au XIVe siècle, le Royaume-Uni comptait entre 10 000 et 12 000 moulins, mais nous ne savons pas combien étaient alimentés par le vent (probablement une minorité).

Nous disposons seulement d’informations sur des moulins individuels construits à la fin du XIIIe siècle. Des registres plus précis ont été tenus à partir du XVIIIe et du XIXe siècle, alors que les moulins à vent se faisaient de plus en plus nombreux.

En 1750, les Pays-Bas comptaient entre 6 000 et 8 000 moulins à vent, contre 9 000 un siècle plus tard. À titre de comparaison, c’est 5 fois plus que le nombre d’éoliennes aux Pays-Bas aujourd’hui (1 974 en septembre 2009). Au Royaume-Uni, on comptait entre 5 000 et 10 000 moulins à vent en 1820. La France, quant à elle, en dénombrait 8 700 (et 37 000 moulins à eau) en 1847.

On estime que l’Europe comptait (à son maximum) 200 000 moulins à vent, contre près de 500 000 moulins à eau

L’Allemagne disposait de 18 242 moulins à vent en 1895 (contre environ 18 000 éoliennes aujourd’hui), tandis que la Finlande en possédait 20 000 en 1900. On en trouvait également au Portugal, en Espagne, sur plusieurs îles méditerranéennes et dans les pays d’Europe de l’Est et de Scandinavie.

On estime que l’Europe comptait (à son maximum) 200 000 moulins à vent, contre près de 500 000 moulins à eau. On en construisait aussi bien dans les campagnes que dans les villes, mais aussi au sommet des murs des châteaux et des fortifications, où le vent souffle plus fort. Au début, les moulins à vent ne servaient qu’à moudre le grain et, parfois, à pomper de l’eau ou assécher les basses terres (pour cela, le moulin était relié à une roue à aubes inversée : une roue à écope ou une vis d’Archimède).

Au Moyen Âge, le pain et l’avoine formaient la base de l’alimentation (la viande, le poisson et les légumes sont réservés aux populations aisées) et tout ce grain devait être broyé et moulu. Avec un moulin manuel, deux heures de travail quotidien étaient nécessaires pour fournir suffisamment de farine à une famille moyenne. Des moulins à céréales étaient aussi utilisés pour produire du gin néerlandais et d’autres liqueurs.

Les moulins à vent étaient principalement utilisés pour moudre du grain : en 1900, aux Pays-Bas, au Danemark et en Allemagne, l’entièreté des récoltes de blé était moulue de cette manière. Cependant, de nouvelles utilisations sont apparues vers 1600.

De nouvelles utilisations

On utilisait les moulins à vent pour écosser l’orge et le riz, moudre le malt, presser les olives pour leur huile et les graines de colza, de lin et de chanvre pour la cuisine et l’éclairage. On trouvait aussi des moulins à cacao, à moutarde, à poivre (ou à d’autres épices) et même des moulins à tabac (classique ou à priser).

Image : La scierie néerlandaise « De Eenhoorn ». Source : Penterbak.

Si on utilisait les moulins à vent pour la production alimentaire, on s’en servait également pour deux autres activités importantes : fabriquer du papier (en utilisant des cordes et des voiles de bateau comme matière première) et scier du bois. Ils étaient aussi utiles pour broyer de la craie (et ainsi fabriquer du ciment) ou du mortier, assécher et ventiler les puits de mine (voire les prisons), polir le verre et fabriquer de la poudre à canon.

Vers 1600, les nouvelles utilisations industrielles du moulin à vent étaient nombreuses : scierie, papeterie, production de moutarde ou de tabac, etc.

On utilisait également l’énergie éolienne dans l’industrie textile : les moulins servaient à broyer les graines de lin, préparer les fibres de chanvre (pour la production de cordes et de voiles), fouler la laine (pour la rendre plus souple), fabriquer des teintures ainsi que tanner et teindre des peaux.

La région du Zaan

C’est dans la région du Zaan, située juste au-dessus d’Amsterdam, que le développement de l’usage industriel de l’énergie éolienne a été parmi les plus impressionnants. Bien que la zone soit entourée d’eau, le terrain est on ne peut plus plat et les rivières, avec leur faible flux, sont donc inexploitables. Le vent, quant à lui, souffle fort. La plupart des utilisations décrites ci-dessus sont apparues en premier lieu (et parfois seulement) dans la région du Zaan.

Image : Une carte de la région du Zaan, au nord d’Amsterdam.

On dit que cette région a été la première zone industrialisée au monde. Entre 1600 et 1750, alors que les Pays-Bas devenaient une puissance économique importante, près de 1 000 moulins à vent ont été implantés dans la région. On leur donnait des noms, comme pour les bateaux.

Dans le district du Zaan, la scierie était l’un des éléments essentiels de l’industrie éolienne. En effet, il fallait du bois pour construire des maisons, des écluses, des bateaux et, bien sûr, de nouveaux moulins. Le sciage manuel était laborieux et les moulins à vent réduisaient nettement les temps de production. À la main, 120 jours de travail étaient nécessaires pour produire 60 poutres, alors que 4 à 5 jours suffisaient avec un moulin (voir la photo ci-après et pour en savoir plus, cliquez ici).

En 1596, Cornelis Corneliszoon a construit la première scierie (« Het juffertje » ou « La demoiselle ») dans la ville de Zaandam. En 1630, on dénombrait 83 scieries au nord d’Amsterdam, dont 53 dans la région du Zaan. Elles ont atteint leur apogée en 1731, alors que l’on comptait 450 scieries aux Pays-Bas, dont 256 dans la région du Zaan. Au final, même les grues utilisées pour soulever le bois étaient actionnées par les ailes des moulins.

Image : L’intérieur d’une scierie alimentée par énergie éolienne. Source : Penterbak.

Image : L’intérieur d’une papeterie alimentée par énergie éolienne. Source : Penterbak.

Un autre usage industriel important de l’énergie éolienne dans la région concernait la production de papier. C’est effectivement à cette époque qu’est née l’imprimerie. Le premier moulin à papier (« De Gans » ou « L’oie ») est inventé en 1605. En 1740, on en comptait 40. Au milieu du XVIIe siècle, le moulin à papier néerlandais a été grandement amélioré, ce qui permettait de produire un papier plus blanc, plus rapidement.

« De Schoolmeester » (« L’enseignant »), construit en 1692, est un moulin qui existe encore aujourd’hui (voir l’image d’introduction et la photo de l’intérieur du moulin ci-dessous). Dans les autres pays, les moulins à papier fonctionnant à l’énergie éolienne restaient assez rares. Cependant, ceux fonctionnant à l’énergie hydraulique sont apparus dès le XIe siècle puis se sont rapidement généralisés (en Angleterre, on en comptait 417 en 1800).

Dans les scieries, même la grue utilisée pour soulever le bois était actionnée par les ailes du moulin

Dans la région du Zaan, on trouvait également des moulins à tabac (28 en 1795), à huile (140 en 1731), à orge (65 en 1731), à teinture (21 en 1731) et à chanvre (20 en 1731). À cette époque, les Néerlandais ont également construit des centaines de moulins à vent dans les Caraïbes pour le broyage de la canne à sucre. Parmi les 1 000 moulins ayant survécu aux Pays-Bas, très peu sont industriels. Les moulins à céréales et ceux destinés au drainage sont restés viables économiquement bien plus longtemps.

Une solution de secours : les animaux

Dans de nombreux autres pays européens, les moulins à eau occupaient des fonctions similaires. Cependant, toutes les activités alimentées par énergie hydraulique ne pouvaient pas toujours l’être par énergie éolienne. En effet, la versatilité du vent rendait les moulins inaptes à des activités nécessitant une alimentation en énergie stable et fiable. C’était notamment le cas du façonnage du métal, du filage, l’affûtage des outils et de l’extraction minière.

Dans les pays où l’énergie hydraulique n’était pas exploitable, certaines de ces activités fonctionnaient grâce au travail animal. On utilisait généralement des chevaux. Les chevaux servaient également de solution de secours lors de longues périodes sans vent, afin de poursuivre la production. Par exemple, en 1850, aux Pays-Bas, on dénombrait 1 800 moulins à vent dédiés à la mouture du maïs, mais également 1 300 moulins à chevaux pour celle du sarrasin, un grain qui nécessite une source d’énergie plus stable.

Moulins sur pivot et moulins-tours

Inspirés des roues à aubes, les premiers moulins à vent de l’époque médiévale étaient des constructions simples. Les siècles qui ont suivi témoignent néanmoins de la sophistication progressive de cette technologie. En effet, les moulins à vent étaient des machines bien plus complexes que les moulins à eau : ils dépendaient de la vélocité du vent qui ne cesse de changer. Les moulins à vent primitifs d’Iran et d’Afghanistan étaient des moulins horizontaux sur axe vertical qui n’avaient donc aucunement besoin de s’adapter à la direction du vent. Ces machines étant cependant bien moins efficaces, elles n’ont jamais été utilisées en Europe.

Image : Schéma d’un moulin sur pivot.

Au Moyen Âge, pour surmonter le problème que posait le changement de direction du vent, les moulins étaient construits sur un axe central qui permettait de les tourner face au vent : ce sont les moulins sur pivot. Le XV\e siècle fut marqué par l’émergence d’un deuxième modèle de moulin à vent où seules la calotte et les ailes pivotaient alors que la structure restait fixe /immobile (plutôt ?) : on parle de moulin-tour, un modèle que les Néerlandais peaufineront des années plus tard.

À cette époque, le moulin-tour dominait le bassin méditerranéen. En revanche, il était moins efficace que le moulin sur pivot, notamment à cause de la forme des ailes qui pouvait varier d’un moulin à l’autre. Du fait de sa structure fixe, la base du moulin-tour pouvait être en pierre ou en brique, ce qui le rendait plus solide. Ces deux types de moulins ont longtemps cohabité, mais de nombreux moulins sur pivot seront remplacés par des moulins-tours entre le XVII\e et le XIX\e siècle.

L’orientation des ailes

De nos jours, les éoliennes pivotent automatiquement grâce à un système électronique. Dès que le vent souffle trop fort, les pales sont automatiquement réorientées afin de les protéger des rafales destructrices. Toutefois, les constructeurs du Moyen-âge n’ayant pas de microprocesseurs à leur disposition, il leur fallait trouver d’autres solutions.

Image : Le timon à l’arrière d’un moulin à vent.

Pendant de nombreux siècles, les meuniers orientaient les moulins face au vent à la seule force de leurs bras. Pour cela, il leur fallait soulever un large timon situé à l’arrière du moulin (dans le cas d’un moulin-tour, il était relié à un escalier), le déplacer à l’endroit désiré et l’attacher à l’un des douze poteaux ancrés dans le sol qui encerclaient le moulin.

Ce n’était pas une tâche aisée : le mécanisme à l’intérieur du moulin-tour était particulièrement lourd. Certains moulins étaient équipés, à l’extrémité du timon, d’un treuil qui suivait une piste circulaire autour du moulin, ce qui rendait la tâche légèrement plus facile.

La rotation de la calotte du moulin-tour se faisait de façon similaire. On utilisait un plus grand timon qui touchait soit le sol, soit la plateforme pour les moulins qui en possédaient une (comme celui-ci). On perçait également des ouvertures sur les côtés de la structure du moulin : le meunier était alors averti des changements de direction du vent lorsque ce dernier soufflait à travers l’une des ouvertures.

L’ajustement des ailes : une tâche ardue

L’adaptation aux variations de vélocité du vent représentait un défi de taille. Le mécanisme à l’intérieur du moulin avait besoin d’être maintenu à une vitesse de fonctionnement relativement précise. Par exemple, les moulins à céréales devaient tourner à une vitesse estimée entre 50 et 60 rotations d’ailes par minute. Au-delà de 80 rotations par minute, les céréales brûlaient. Si les ailes tournaient trop vite, le moulin à vent risquait également de s’endommager.

Pendant des siècles, le meunier devait régler les ailes à la main. Il disposait de deux manières de s’adapter aux changements de vitesse du vent. Des changements mineurs du vent pouvaient être compensés à l’intérieur du moulin, en augmentant ou en diminuant la charge. Par exemple, dans un moulin à céréales, on s’adaptait aux vents plus rapides en augmentant l’écart entre les meules et en rajoutant des céréales. L’augmentation de la charge permettait à la vitesse de rotation des ailes de rester plus ou moins constante malgré des vents plus forts.

Image : Un meunier escalade les ailes. Source : Dagboek van een molenaar.

Lorsque les variations de vitesse du vent devenaient trop importantes, le meunier n’avait d’autre choix que de sortir du moulin et d’ajuster les ailes manuellement. Les moulins à vent traditionnels n’étaient pas équipés de pales, mais d’ailes (généralement une structure en bois recouverte de toile). Dans des climats plus froids, la toile était remplacée par des lattes en bois, plus faciles à manipuler en cas de gel.

Arriser deux, voire quatre ailes, ou réduire leur surface étaient des méthodes efficaces pour s’adapter aux vents plus forts, mais lors de fortes rafales, cette tâche devait être particulièrement ardue.

Afin qu’il puisse les escalader et en retirer la toile, au moins deux des ailes devaient être arrêtées en position verticale. Si le frein lâchait pendant son ascension, le meunier n’avait plus qu’à bien s’accrocher ! Ajuster la prise de ris et attacher les ailes faisaient également partie des procédures habituelles de début et de fin de journée.

Pendant la deuxième moitié du XVIIIe siècle, plusieurs techniques complexes mais efficaces ont été développées pour permettre aux moulins à vent traditionnels de fonctionner presque sans supervision

Pendant la deuxième moitié du XVIIIe siècle, plusieurs techniques complexes mais efficaces ont été développées pour permettre aux moulins traditionnels de fonctionner presque sans supervision, tout du moins pour gérer les changements de vitesse et de direction du vent.

En 1745, le forgeron anglais Edmund Lee a inventé la « machine à vent auto-régulée » ou « moulinet d’orientation », un dispositif qui ajuste automatiquement la position du moulin par rapport à la direction du vent. Ce dispositif était constitué d’un fantail (ou deux, pour des moulins à vent de plus grande taille) et d’un système d’engrenages (voir illustration ci-dessous).

Un fantail était une sorte de moulin à vent auxiliaire placé à l’arrière des ailes principales, perpendiculairement à celles-ci. Lorsque le vent change de direction, il souffle sur le fantail qui fait tourner le moulin jusqu’à ce que les ailes se retrouvent de nouveau perpendiculaires au vent.

Image : Un *fantail*. Source : Wikipedia Commons.

Le fantail entraîne une roue à la base de la calotte (dans le cas d’un moulin-tour) ou autour du bâtiment (dans le cas d’un moulin sur pivot, comme on le voit sur cette image). Ils ont par la suite été utilisés aux États-Unis pour des pompes à eau alimentées par énergie éolienne. Néanmoins, ces machines étaient bien plus légères et pouvaient donc se passer d’un système de rotation.

Le moulinet d’orientation facilitait non seulement le contrôle du moulin, mais il augmentait aussi son rendement énergétique. De légères variations de la direction du vent pouvaient entraîner de grosses pertes énergétiques, mais le meunier n’avait pas toujours le temps (ni l’envie) d’adapter l’orientation du moulin au moindre changement.

Contrôle automatique : ailes à jalousie et patent sails

Parallèlement à l’invention du fantail et du moulinet d’orientation, des mécanismes permettant d’ajuster automatiquement les ailes en fonction de la vitesse du vent ont également fait leur apparition. C’est ainsi qu’en 1722 les ailes à jalousies sont inventées par Andrew Meikle, un constructeur de moulins écossais. Sur ces ailes, la toile est remplacée par des dizaines de volets, comme sur un store vénitien, et chaque volet est contrôlé par un ressort.

Au fur et à mesure que le vent se lève, il surpasse la force du ressort, ce qui entraîne l’ouverture du volet. Le vent passe donc au travers et permet à la voile de ralentir. Plus le vent souffle, plus les volets s’ouvrent. Quand le vent ralentit, les volets se referment grâce aux ressorts et recouvrent parfaitement la surface de l’aile. Grâce à ce système, les ailes du moulin tournent à une vitesse constante, peu importe la puissance du vent.

Image : *Patent sails*.

Image : Ailes à jalousie.

Image : Ailes à enrouleur.

Les ailes à jalousie présentent toutefois un problème : la tension des ressorts (qui sont interconnectés à l’aide d’une longue barre) doit être ajustée avant de faire tourner le moulin, et ce en fonction de la vitesse du vent prévue et de la puissance nécessaire. Il était impossible de régler la tension des ressorts lorsque le moulin tournait.

Ce problème a été résolu en 1789 par Stephen Hooper, lorsqu’il a inventé des stores pouvant être ajustés manuellement par une chaîne depuis la terre ferme, et ce sans avoir à arrêt le moulin (on parle d’« ailes à enrouleur »). Cependant, ce système restait bien trop complexe. La touche finale améliorant les ailes à ajustement automatique est apparue en 1807 lorsque William Cubit a décidé d’attacher des contrepoids à la chaîne d’ajustement des ailes à jalousie, rendant leur gestion automatique. Ce système évitait la complexité de la méthode à enrouleur. On appelle ces ailes les « patent sails ».

Ailes Berton

Un dernier problème subsistait : les patent sails s’avéraient moins efficaces que les ailes normales. Pour y remédier, il était courant de combiner deux patent sails avec deux ailes normales : un compromis entre efficacité et maniabilité.

En 1848, un Français, Berton, a décidé de réduire le nombre de volets en les remplaçant par des modèles plus longs. Cette méthode fascinante rendait les moulins plus robustes et améliorait leur aérodynamisme (« ailes Berton », voir image ci-dessous).

Image : Des ailes Berton.

De plus, le meunier pouvait ajuster ce système depuis l’intérieur de la calotte du moulin. En 1860, Catchpole a ensuite introduit les aérofreins, un dispositif particulièrement efficace pour ralentir automatiquement les ailes lors d’une tempête. Grâce à un régulateur à boules situé dans le moulin, il n’était plus nécessaire d’ajuster manuellement la distance entre les meules.

Bien évidemment, les ailes à ajustement automatique et autres systèmes autonomes ne n’ont jamais pu résoudre le problème du manque de vent : les meuniers étaient donc forcés de travailler jour et nuit, tant que le vent soufflait. Ces derniers étaient même dispensés du traditionnel repos dominical.

Comme pour le fantail, les ailes à ajustement automatique ne facilitaient pas seulement le contrôle du moulin à vent, elles permettaient également d’augmenter le rendement énergétique. Comme le meunier n’avait plus à gérer les ailes du moulin depuis la terre ferme, l’arbre du moulin pouvait être installé plus en hauteur pour tirer profit de vents plus forts (les Néerlandais avaient déjà résolu ce problème en construisant des moulins-tours à plateforme pour pouvoir ajuster la prise de ris en hauteur).

Rendement énergétique d’un moulin à vent

L’introduction de la fonte dans la fabrication des engrenages a également permis de sophistiquer les moulins à vent. Elle a fait son apparition en 1755, seulement dix ans après l’introduction du moulinet d’orientation par John Smeaton. Pendant des siècles, les engrenages à l’intérieur du moulin étaient construits en bois, ce qui entraînait une déperdition énergétique considérable.

Dans les années 1930, des Néerlandais ont effectué des mesures sur un moulin de drainage datant de 1648. Leur étude a montré que ce dernier générait environ 40 chevaux au niveau de l’arbre, contre seulement 15,6 au niveau du mécanisme intérieur. Ce moulin n’avait donc un rendement que de 39 %. Près de deux tiers de la puissance générée étaient perdus lors de la transmission. Le rendement des moulins de drainage était légèrement supérieur : environ 50 %.

Les moulins à vent avec engrenages en bois n’avaient un rendement que de 39 %

L’utilisation de la fonte (puis du fer) a non seulement permis d’améliorer l’efficacité des engrenages, mais également de construire des moulins à vent plus grands. À l’inverse, l’usage du bois limitait le diamètre des ailes à 30 mètres environ (des dimensions courantes au XVIIe siècle).

Image : Les engrenages en bois d’un moulin à vent.

La longueur maximale d’un tronc (plus de deux fois la longueur d’une voile) était d’environ 30 mètres, puisqu’il n’existait pas d’arbre plus grand en Europe. C’est seulement dans la seconde moitié du XIXe siècle que l’on a commencé à utiliser le fer pour la fabrication des ailes et de l’arbre des moulins.

Des innovations trop tardives

Malheureusement, la plupart des améliorations les plus importantes pour les moulins à vent sont apparues trop tardivement. Dès la fin du XVIII\e siècle (à peu près au moment où ces innovations sont arrivées), un premier moulin à maïs a abandonné l’énergie éolienne pour la vapeur, adoptant aussi les nuages de fumée noire qui vont avec.

Dans les années 1850, les moulins à vapeur se sont popularisés avec, pour conséquence, le déclin des moulins à vent. Pour ne rien arranger, les fantails, les ailes à ajustement automatique et les renforcements en fer, ont mis du temps à s’imposer. Dans certains pays, ils n’auront même jamais eu le temps de s’implanter.

Image : Le Murphy Windmill à San Francisco.

Les ailes Berton n’étaient utilisées qu’en France ; les patent sails étant principalement répandues en Angleterre. Les troncs en fer auraient pu permettre de construire des ailes plus grandes, mais ça ne s’est jamais concrétisé. Le plus grand moulin-tour jamais construit était entièrement fait de bois. Il a été construit aux Pays-Bas en 1899 (il s’agit de « De Hoop » ou « L’espoir » et il est situé à Prinsenhagen, une ville aujourd’hui connue sous le nom de Breda). Il mesure 38 mètres de haut et ses ailes faisaient près de 27 mètres d’envergure. La calotte et les ailes ont été enlevées en 1929, mais la tour est toujours présente.

Le moulin à vent le plus grand jamais construit

Les deux moulins à vent néerlandais avec les plus grands diamètres d’ailes se trouvent dans le Golden Gate Park, à San Francisco. Ils ont été construits entre 1903 et 1905. Le plus grand, le « Murphy Windmill », s’élève à 29 mètres de haut et il est doté d’ailes de 35 mètres d’envergure. Ses troncs ont été coupés à partir d’un seul rondin (les arbres des États-Unis étant plus grands que ceux d’Europe). Ses engrenages, par contre, sont entièrement faits de fonte et on comprend pourquoi : le moulin pouvait pomper jusqu’à 150 000 litres d’eau par jour afin d’irriguer le parc. Le Murphy Windmill a été remplacé par un dispositif électrique quelques années plus tard pour finir en ruine.

Le déclin du moulin à vent a été lent, particulièrement aux Pays-Bas puisque même les Néerlandais préféraient les moulins dotés de machines à vapeur auxiliaires à ceux entièrement alimentés par la vapeur. Plus de 6 millions de pompes à eau alimentées par énergie éolienne (reconnaissables à leurs ailes circulaires) ont été construites aux États-Unis entre 1850 et 1930, mais après 1900, très peu de moulins à vent ont été bâtis ailleurs. Finalement, on a favorisé les éoliennes destinées à la production d’électricité, ce qui est toujours le cas aujourd’hui.

Les impressionnantes améliorations des années 1920 et 1930

Dans les années 1920 et 1930, alors que l’utilisation des moulins à vent avait cessé presque partout en Europe, les Néerlandais ont mis en place un programme de recherche qui les a menés au développement du moulin moderne. En 1923, la « Dutch Windmill Society » a été créée dans le but d’améliorer les performances des moulins à vent qui produisent de l’énergie mécanique. Parmi les membres de cette association, on retrouvait des mécaniciens industriels célèbres tels que les frères Dekker. Les résultats étaient spectaculaires.

On a réussi à doubler la puissance maximale d’un moulin à vent : elle est passée de 50 à 100 chevaux à la fin des années 1920

En appliquant des principes aéronautiques et en utilisant des plaques de métal (utilisées pour équiper les moulins à vent traditionnels d’ailes similaires aux pales des éoliennes modernes), on a réussi à doubler la puissance maximale d’un moulin à vent : elle est passée de 50 à 100 chevaux à la fin des années 1920.

Image : Une aile des frères Dekker.

Plus de 70 moulins à vent ont été équipés des nouvelles ailes des frères Dekker dans la décennie qui a suivi. De plus, les améliorations apportées au niveau des engrenages ont permis de réduire la perte d’énergie et de générer bien plus de puissance, notamment par vent léger.

Doubler le rendement

Des tests menés en 1939 par le « Prinsenmolen Committee » ont démontré qu’un moulin à vent amélioré pouvait fonctionner avec un vent allant de 12 à 15 km/h, alors qu’un ancien moulin nécessitait un vent de 18 à 22 km/h. Ces mêmes tests ont également prouvé qu’avec un vent de 20 km/h, leur puissance était la même que celle d’un moulin traditionnel avec un vent à 29 km/h.

Cela signifie que là où un moulin à vent traditionnel pouvait fonctionner environ 2 671 heures par an aux Pays-Bas, sa version améliorée pouvait tourner 4 442 heures par an, ce qui représente un rendement énergique annuel deux fois supérieur.

Le moulin à vent amélioré avait deux avantages : un meilleur rendement énergétique avec des vents similaires et plus d’heures de fonctionnement grâce au captage de vents plus faibles. On tirait d’ailleurs mieux profit des vents plus faibles, puisqu’avec des vents plus forts, les ailes devaient être arrisées plus rapidement.

Image : un moulin à vent amélioré.

Davantage d’améliorations apportées par Chris van Bussel, Kurt Bilau, G. J. Ten Have, Van Riet, P. L. Fauël, Sabinin et Yurieff durant les années 1930 ont abouti à un moulin construit en 1940, puis démoli en 1960. Il était jusqu’à deux fois plus puissant que les moulins à vent dotés d’ailes traditionnelles : il développait 125 chevaux.

Par la suite, la Seconde Guerre mondiale a mis un terme à ces recherches. À la fin du conflit, les Néerlandais ont finalement orienté leurs efforts vers la production d’électricité, tout comme le reste du monde.

Un retour aux moulins à vent traditionnels ?

Aujourd’hui, les moulins à vent et roues à aubes qui convertissent l’énergie cinétique directement en énergie mécanique sont considérés comme obsolètes. Bien que certaines de ces installations aient survécu, une minorité d’entre elles fonctionnent dans un but commercial, du moins dans les pays développés. Les éoliennes modernes convertissent une énergie renouvelable en électricité, qui peut elle-même être reconvertie par la suite en énergie mécanique.

Il est évidemment impossible de faire fonctionner un téléviseur à écran plat ou un ordinateur grâce à l’énergie mécanique, mais de nombreux processus industriels pourraient encore être alimentés ainsi. Nous avons toujours besoin de moudre des céréales, de scier du bois, de presser des graines ; mais nous utilisons à présent l’électricité pour alimenter les machines qui réalisent ces tâches. Cette électricité peut être produite grâce aux éoliennes modernes ou d’autres sources d’énergie renouvelable : voilà le futur dont nous rêvons.

L’énergie grise

Cependant, plusieurs raisons pourraient nous pousser à revenir à la conversion directe de l’énergie cinétique en énergie mécanique. Pour commencer, il s’agit d’un processus plus efficace, car l’étape intermédiaire de production d’électricité provoque des pertes par transformation. Cela signifie que nous devons construire moins de sites de production d’énergies renouvelables pour obtenir le même résultat. Ériger quelques millions d’éoliennes high-tech, recouvrir les déserts de centrales solaires et développer un réseau intelligent : tout cela est attrayant. Toutefois, la question la plus importante est de savoir s’il existe suffisamment de matériaux, d’énergie et de ressources financières pour faire de ces rêves une réalité.

Les moulins à vent traditionnels peuvent être améliorés considérablement grâce aux connaissances et aux matériaux auxquels nous avons aujourd’hui accès

Les données actuelles concernant la disponibilité des ressources requises pour la fabrication de nombreuses écotechnologies sont peu rassurantes. À cela s’ajoutent des rumeurs plus ou moins récentes évoquant un souhait de la Chine, principal producteur de métaux nécessaires aux écotechnologies, de restreindre l’export de ces métaux. À l’inverse, les moulins à vent qui convertissent directement l’énergie cinétique en énergie mécanique pourraient aisément fonctionner sans ces matériaux.

Des moulins à vent traditionnels mais high-tech

Soyons positifs : les moulins à vent traditionnels pourraient être grandement améliorés grâce aux connaissances actuelles et à des matériaux courants. Les engrenages et les ailes pourraient être fabriqués en acier ou en aluminium, ce qui améliorerait considérablement l’efficacité de ces moulins et les rendrait ignifugés. Les anciens moulins à vent étaient en grande partie ou entièrement faits de bois, et nombre d’entre eux ont été détruits par les flammes. Aujourd’hui, nous pourrions également développer la machinerie intérieure des moulins pour la rendre bien plus efficace.

Image : Le Noletmolen, construit en 2005.

Les moulins à vent modernes pourraient être bien plus grands et donc plus puissants. À titre indicatif, en 2005, des Néerlandais ont construit un autre moulin à vent traditionnel destiné à la production d’électricité : le « Noletmolen », situé à Schiedam. Il mesure près de 42 mètres de haut et il est doté d’ailes de 30 mètres d’envergure (légèrement moins que celles du Murphy Windmill de San Francisco).

Il a été construit à des fins promotionnelles par une distillerie (la ville accueille 5 autres moulins historiques, construits pour la production de gin néerlandais). Bien que ce moulin ne soit pas un « moulin » à proprement parler, il a été construit selon un modèle traditionnel, mais à l’aide de matériaux high-tech et d’ailes modernes (voir photo ci-dessus). Il développe ainsi une puissance de plus de 200 chevaux au niveau de l’arbre. Dans les dents, Energy Ball.

Une ouverture à l’écotechnologie

Si le vent ne souffle pas assez fort, un moteur électrique pourrait servir de solution de secours et remplacer les chevaux (sinon, nous pourrions simplement travailler uniquement lorsque le vent souffle). Il ne fait aucun doute que, 70 ans plus tard, une armée de geeks de l’écotechnologie pourrait pousser encore plus loin l’expérience des Néerlandais des années 1930. Il se pourrait que les résultats ne soient pas aussi charmants que les moulins à vent traditionnels, mais ils se révéleraient tout de même très utiles.

Évidemment, ceci n’est pas un plaidoyer en faveur de l’élimination pure et simple des éoliennes modernes ou même de l’infrastructure électrique dans son ensemble. Cependant, certaines choses pourraient être faites de manière plus efficace grâce à la conversion directe de l’énergie cinétique en énergie mécanique.

Sources (par ordre d’importance)

« Power from Wind: A History of Windmill Technology », Richard L. Hills, 1994.
« Molens », Frederick Stokhuyzen, 1962 (English summary here).
« Research inspired by the Dutch windmills: An account of an extensive programme of research and development », The Prinsenmolen Committee, 1966
« Histoire générale des techniques », Maurice Dumas, 1964
« Molendatabase » – photos et descriptions (en néerlandais) de moulins aux Pays-Bas.
« Natural sources of power », Robert Steele Ball (1908)
« Geschiedenis van de techniek in Nederland, de wording van een moderne samenleving 1800-1890 », H.W. Lintsen, 1992
« Gevlucht », Wikipedia Dutch
« History of technology »,« Energy conversion » et « Windmills », Encyclopedia Britannica.
« An Encyclopedia of the History of Technology (Routledge Companion Encyclopaedias) », Ian McNeil, 1990
« Wind, Water, Work: Ancient And Medieval Milling Technology (Technology and Change in History) », Adam Lucas, 2005
« Handbook of Fluid Dynamics », Richard W. Johnson, 1998
« The windmill as prime mover », Alfred R. Wolff, 1885
« An experimental enquiry concerning the natural powers of water and wind to turn mills », John Smeaton, 1760
« Groot Volkomen Moolenboek », 1734
« Penterbak » - photos
« Industriemolens » - photos de moulins industriels aux Pays-Bas - « Windmills in Sussex », Peter Hemming, 1936
« Windmills in Holland », K. Boonenburg, 1951 (pdf)
« Windmill sail », Wikipedia English
« Origen y expansion de los molinos de viento en Espana”, José Ignacio Rojas Sola y Juan Manual Amezcua Ogayar, Interciencia, Vol.30, 2005
« The windmill: a medieval steam engine? », John Langdon (pdf)
« The Evolution of Technology (Cambridge Studies in the History of Science », George Basalla, 1989
« Windkraftanlagen: grundlagen, technik, einsatz, wirtschaftlichkeit », Eric Hau, 2003
« European Route of Industrial Heritages »