# Thermostat bimétallique

> Tenir une température avec une lame qui se courbe

- Date: 1782
- Époque: Âge industriel
- Domaine: [Temps & mesure](https://lastcodex.org/fr/domains/measure/)
- Palier: IV (Science & industrie)
- Difficulté: 3/5
- URL: https://lastcodex.org/fr/inventions/bimetallic-thermostat/

Le thermostat bimétallique maintient une température avec une lame faite de deux métaux unis face contre face. L’un se dilate plus que l’autre quand il chauffe, la lame se courbe, et son mouvement ouvre ou ferme un registre, une vanne ou un contact électrique. Jean Simon Bonnemain décrit en 1782 un régulateur de chaleur mû par la dilatation inégale du fer et du laiton ; Andrew Ure donne vers 1830 le nom de thermostat à la lame rivée.

![Thermostat bimétallique · Tenir une température avec une lame qui se courbe](https://lastcodex.org/_astro/plate.DvOOWM6e_ZywE9c.webp)

## Légende

1. Règle de laiton, qui se dilate davantage
2. Règle d’acier, qui se dilate moins
3. Rivets qui unissent les deux règles
4. Extrémité fixe serrée dans un bloc de fer
5. Biellette à écrou de réglage, et levier
6. Registre dans le tuyau d’air chaud

## Ce que c'est

Un thermostat maintient une température près d’une valeur choisie en laissant entrer plus ou moins de chaleur. Dans un thermostat bimétallique, l’organe qui sent la température est une lame faite de deux métaux qui se dilatent inégalement, unis sur toute leur longueur. Il n’a besoin d’aucune énergie propre : la chaleur courbe la lame, et cette courbure fait le travail.

Dans le modèle qu’Andrew Ure décrit en 1839 dans son Dictionary of Arts, Manufactures, and Mines, une barre droite de laiton et d’acier rivés face contre face est fixée par un bout. Son extrémité libre tire un levier qui fait tourner un registre dans un tuyau amenant de l’air chaud dans une pièce. Quand la pièce se réchauffe, la barre se courbe et le registre se ferme ; quand elle refroidit, la barre se redresse et le registre se rouvre. Ure en cite des usages dans les serres, les bains-marie, les alambics, les chaudières et l’aération des appartements.

## Comment ça marche

![La même lame de laiton rivée sur de l'acier, dessinée deux fois et fixée par un bout dans un bloc de fer : droite à froid, courbée vers le bas quand une bougie la chauffe par-dessous, le laiton à l'extérieur de la courbe](https://lastcodex.org/_astro/v3.3Wd0CiCY_1h1FFT.webp)
_En chauffant, le laiton s'allonge plus que l'acier et doit prendre le côté extérieur, plus long, de la courbe._

Les solides s’allongent un peu quand on les chauffe, et pas tous de la même quantité : le laiton plus que l’acier, l’aluminium plus que le papier. Si deux lames sont unies assez fermement pour ne pas glisser l’une sur l’autre, celle qui s’allonge le plus doit prendre le côté extérieur, le plus long, d’une courbe. La lame se courbe donc vers le métal qui se dilate le moins, et se redresse en refroidissant. Un [thermomètre](/fr/inventions/thermometer/) se sert de la dilatation d’un liquide pour donner une lecture ; la lame transforme la dilatation en un mouvement capable de pousser un levier.

Ce mouvement est faible et dépend de la lame. Stephen Timoshenko, qui en établit la théorie en 1925, montre que la courbure augmente avec l’écart de dilatation entre les deux métaux et avec la variation de température, et qu’une lame plus mince se courbe davantage. Une lame plus longue déplace davantage son extrémité. Ure dispose des barres en spirale autour d’un registre tournant, et Warren Johnson enroule sa lame ; Ure emploie aussi des leviers pour amplifier le mouvement avant qu’il n’atteigne la vanne ou le registre.

Ce que le mouvement commande dépend de l’appareil. Dans les régulateurs de Bonnemain et d’Ure, la barre tourne un registre ou un robinet peu à peu, si bien que l’arrivée de chaleur suit la température. Dans un thermostat électrique, la lame ouvre ou ferme un contact, qui allume ou coupe un circuit. Dans tous les cas, on peut choisir la température : un écrou de réglage sur la biellette, une vis qui déplace l’extrémité fixe, ou un contact que l’on rapproche ou éloigne. Chacun change la courbure que la lame doit atteindre avant d’agir.

## Comment faire

![Une bande de papier blanc collée sur du papier d’aluminium, tenue dans une pince à linge en bois sur un bloc et relevée en courbe loin d’un petit plot d’aluminium posé sur un second bloc, au-dessus d’un bocal de verre fermé plein d’eau, avec des fils vers un porte-piles de deux piles AA, une résistance et une LED éteinte](https://lastcodex.org/_astro/v2.CuSbUfkE_1U8BgT.webp)
_Chauffée par-dessous, la bande de papier et d’aluminium se relève, quitte son contact et éteint la LED._

Une bande de papier d’aluminium collée sur du papier se courbe comme un bilame, car l’aluminium se dilate plus que le papier ; les centres de sciences s’en servent pour montrer l’effet. Découpez une bande de papier d’imprimante et une bande d’aluminium ménager d’environ 1 cm de large et 20 cm de long, et collez-les l’une sur l’autre sur toute leur longueur avec un bâton de colle, en chassant les bulles. Faites une seconde bande de papier collé sur du papier, comme témoin. Laissez sécher les deux à plat pendant une nuit.

Pour en faire un thermostat, collez une pince à linge en bois sur un bloc et serrez-y un bout de la bande, côté aluminium en dessous, de façon qu’elle dépasse à l’horizontale. Collez un petit carré d’aluminium sur un second bloc placé sous l’extrémité libre, pour que le bout de la bande repose dessus. Montez en boucle un porte-piles de deux piles AA, une LED rouge et une résistance d’environ 100 ohms, et coupez la boucle au niveau de la bande : un fil est pressé contre l’aluminium dans la pince, l’autre est scotché sur le carré d’aluminium. Placez la patte la plus longue de la LED du côté du pôle positif. Quand la bande repose sur son contact, la LED s’allume ; elle tient ici le rôle du chauffage.

Remplissez un bocal en verre d’eau chaude du robinet, vissez bien le couvercle pour qu’aucune vapeur ne s’échappe, essuyez l’extérieur et posez-le sous le milieu de la bande, quelques centimètres plus bas. En se réchauffant, la bande se relève, son bout quitte le contact et la LED s’éteint : le chauffage est coupé. Retirez le bocal : en refroidissant, la bande s’aplatit, retouche le contact et la LED se rallume. Tenez la bande de papier seul au-dessus du bocal de la même façon : elle bouge à peine, parce que ses deux couches se dilatent pareil. Monter ou descendre le bloc du contact change la chaleur à laquelle la lumière s’éteint, comme l’écrou de réglage du thermostat d’Ure.

## Histoire et évolution

Les horlogers ont rencontré le problème les premiers, car la tige d’un pendule s’allonge à la chaleur et l’horloge retarde. Entre 1725 et 1728, John Harrison met au point un pendule à gril, fait de tiges alternées de deux métaux disposées pour que la dilatation de l’un compense celle de l’autre, et l’installe sur les horloges de précision qu’il construit avec son frère James. Pour son troisième garde-temps de marine, H3, commencé en 1740, il fabrique une lame de laiton et d’acier unis, que les Royal Museums Greenwich comptent parmi les inventions durables de cette [horloge](/fr/inventions/mechanical-clock/). Dans H4, de 1759, la lame que Harrison appelle son « thermometer kirb » porte à son extrémité libre les goupilles qui tiennent le ressort spiral, de sorte que la longueur active du ressort change avec la température. Ces lames corrigeaient la marche d’une horloge et ne réglaient aucune chaleur.

![Une petite chaudière de cuivre sur un foyer de briques, en coupe : un tube de plomb dans l’eau avec une tige de fer à l’intérieur, une collerette de laiton en haut qui soulève un levier coudé, un balancier à contrepoids et une tige qui descend vers un volet basculant sur l’entrée d’air du feu, et un petit cadran au sommet](https://lastcodex.org/_astro/v1._kCHS7FQ_5r3xy.webp)
_Le régulateur de Bonnemain tel qu’il fut publié : le tube de plomb s’allonge plus que la tige de fer qu’il contient et ferme l’entrée d’air du feu._

Le plus ancien régulateur de chaleur daté mû par deux métaux est français. Le 14 août 1782, Jean Simon Bonnemain dépose à l’Académie des sciences, à Paris, un pli cacheté contenant un « Mémoire sur le régulateur du feu » et ses dessins. L’historienne Emmanuelle Gallo, qui l’a étudié, y décrit une double tige de fer et de laiton dont la dilatation inégale actionne un levier ; celui-ci ouvre ou ferme une porte qui laisse entrer l’air dans le foyer, et règle ainsi l’intensité du feu. Bonnemain l’emploie sur les couveuses de l’élevage de poulets qu’il tient près de Paris, et cite parmi ses usages les serres, les bains et le chauffage des voitures. L’historien des techniques Otto Mayr date son brevet de 1783. La version que Bonnemain publie en 1824, et qu’Andrew Ure décrit en 1839, a une tige de fer dans un tube de plomb plongé dans l’eau de la chaudière, et un cadran pour la régler entre chaleur forte et chaleur faible.

Ure, chimiste écossais qui avait rencontré Bonnemain à Paris vers 1815, fait breveter un régulateur formé de deux barres minces de métaux différents, rivées ou soudées face contre face. Il donne l’année 1831 dans son Dictionary ; d’autres sources indiquent 1830. Il l’appelle thermostat. Deux longues règles, l’une d’acier, l’autre de laiton écroui, actionnent des leviers qui manœuvrent vannes, robinets, registres de poêle et ventilateurs, dans le but, écrit-il, de régler la température et pas seulement de l’indiquer.

En 1883, Warren S. Johnson, professeur à l’École normale de Whitewater, dans le Wisconsin, fait breveter un « télé-thermoscope » électrique. Une spirale de laiton et d’acier à ressort incline un fléau dont les pointes plongent dans des godets de mercure ; le circuit ainsi fermé indique si la pièce est trop froide ou trop chaude et fait sonner une cloche pour le préposé. L’entreprise qu’il fonde est devenue Johnson Controls. Les Royal Museums Greenwich notent que le bilame sert encore dans les thermostats de toutes sortes.

## Repères clés

- Plus ancien régulateur daté mû par deux métaux: Jean Simon Bonnemain, fer et laiton, Paris, 1782
- Bilame de Harrison: Dans son garde-temps de marine H3, commencé en 1740
- Thermostat d’Ure: Règles d’acier et de laiton écroui rivées, brevetées en 1830 ou 1831
- Thermostat électrique à spirale bimétallique: Warren S. Johnson, brevet américain, 1883

## Nécessite

- [Acier](https://lastcodex.org/fr/inventions/steel/): Du fer avec juste assez de carbone (v. 1 000 av. J.-C.)
- [Bronze](https://lastcodex.org/fr/inventions/bronze/): Cuivre et étain, plus durs ensemble (v. 3 300 av. J.-C.)
- [Thermomètre et baromètre](https://lastcodex.org/fr/inventions/thermometer/): Température et pression lues sur le verre (v. 1654)

## Sources

- [Jean Simon Bonnemain (1743–1830) and the Origins of Hot Water Central Heating (Proceedings of the Second International Congress on Construction History, 2006, pp. 1043–1060)](https://heatinghelp.com/assets/documents/1043-1060.pdf), Emmanuelle Gallo
- [The Origins of Feedback Control (Scientific American, October 1970)](https://archive.org/details/mayro-feedback-en), Otto Mayr, Scientific American (text: Internet Archive)
- [A Dictionary of Arts, Manufactures, and Mines (1839): Heat-regulator; Thermostat](https://archive.org/details/b2930345x), Andrew Ure, Longman (scan: Internet Archive, Wellcome Collection)
- [A Brief History of Thermostats: The Inventors](https://thermostat-recycle.org/a-brief-history-of-thermostats-the-inventors/), Thermostat Recycling Corporation
- [Electric Tele-Thermoscope, US patent 281,884 (24 July 1883)](https://patents.google.com/patent/US281884A/en), Warren S. Johnson (Google Patents)
- [Warren Johnson, the Father of Thermostats and Automated Room Temperature Control](https://ipwatchdog.com/2018/07/16/warren-johnson-father-thermostats-room-temperature-control/), IPWatchdog
- [Marine timekeeper H3](https://www.rmg.co.uk/collections/objects/rmgc-object-79141), Royal Museums Greenwich
- [Longcase clock by James and John Harrison, 1728 (three precision clocks of 1725–1728, gridiron pendulum)](https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8557977/longcase-clock-by-james-and-john-harrison-longcase-clock-grasshopper-escapement), Science Museum Group
- [The Principles of Mr. Harrison's Time-Keeper, with Plates of the Same (London, 1767): the thermometer kirb](https://archive.org/details/principlesmrhar00unkngoog), Commissioners of Longitude (scan: Internet Archive, Ghent University Library)
- [Timeline of mechanical engineering innovation: 1725–1728 John Harrison, gridiron pendulum](https://ethw.org/Timeline_of_mechanical_engineering_innovation), ASME / Engineering and Technology History Wiki
- [Analysis of Bi-Metal Thermostats](https://doi.org/10.1364/JOSA.11.000233), S. Timoshenko, Journal of the Optical Society of America 11 (1925)
- [Bimetal strip (activity)](https://www.sciencebuddies.org/stem-activities/bimetal-strip), Science Buddies
- [Curling Metals](https://www.coxsciencecenter.org/sites/default/files/Curling%20Metals.pdf), Cox Science Center and Aquarium
- [Bimetallic strip (lecture demonstration)](https://www.physics.colostate.edu/?p=9440), Colorado State University, Department of Physics

Faits vérifiés le 2026-10-18.

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