# Transmission par arbres et courroies

> Un seul moteur pour tout un atelier

- Date: 1167
- Époque: Moyen Âge
- Domaine: [Mécanique](https://lastcodex.org/fr/domains/mechanics/)
- Palier: IV (Science & industrie)
- Difficulté: 3/5
- URL: https://lastcodex.org/fr/inventions/line-shaft/

Une transmission par arbres et courroies porte la puissance d’un seul moteur à de nombreuses machines. Un long arbre tournant, suspendu sous le plafond d’une fabrique ou d’un atelier, entraîne chaque machine par des poulies et des courroies plates, si bien qu’une roue hydraulique, une machine à vapeur ou un moteur électrique fait travailler toute une salle. Une peinture murale de 1167, au temple de Yanshan dans le nord de la Chine, montre une roue hydraulique dont le long axe actionne à la fois des pilons et une meule. En Europe, le moulin à soie bâti vers 1721 à Derby sur le modèle italien animait les machines de cinq étages avec une seule roue hydraulique.

![Transmission par arbres et courroies · Un seul moteur pour tout un atelier](https://lastcodex.org/_astro/plate.CvPEc5mY_ZaJ7gi.webp)

## Légende

1. Poulie motrice principale
2. Arbre de transmission et son accouplement
3. Chaise pendante avec palier et graisseur
4. Courroie plate de cuir vers le contre-arbre
5. Poulie fixe, poulie folle et fourche de débrayage
6. Poulies étagées de la perceuse à colonne

## Ce que c'est

Une transmission par arbres et courroies porte la puissance d’un seul moteur à de nombreuses machines. Un long arbre tournant court sous le plafond d’une fabrique ou d’un atelier, tenu par des paliers, et porte une rangée de poulies. Des courroies plates descendent de ces poulies vers les machines, ou vers des arbres plus courts qui les entraînent. Une seule [roue hydraulique](/fr/inventions/water-wheel/), une [machine à vapeur](/fr/inventions/steam-engine/) ou, plus tard, un [moteur électrique](/fr/inventions/electric-motor/) peut ainsi faire marcher toutes les machines d’une salle, ou d’un bâtiment de plusieurs étages.

Jusqu’à la fin du XIXe siècle, la plupart des usines fonctionnaient ainsi. Une installation typique comptait un arbre de fer ou d’acier d’environ 3 pouces (7,6 cm) d’épaisseur, sur toute la longueur de chaque étage, avec des contre-arbres suspendus parallèlement, où chaque [tour](/fr/inventions/lathe/), chaque perceuse ou chaque métier prenait son mouvement. Les machines étaient donc alignées sous les arbres, et de chacune d’elles une courroie montait vers la transmission.

## Comment ça marche

Le moteur entraîne la poulie principale, à un bout de l’arbre, par une courroie ou par des engrenages. L’arbre est fait de tronçons de fer ou d’acier réunis par des accouplements, et il pend des poutres du plafond dans des supports de fonte appelés chaises pendantes, qui portent chacune un palier. Un graisseur compte-gouttes au-dessus de chaque palier l’alimentait en huile, et les ouvriers remplissaient et réglaient d’ordinaire ces graisseurs chaque jour. Des poulies fixées sur l’arbre transmettent la puissance à des contre-arbres, plus courts et parallèles, et de là aux machines.

![Deux arbres parallèles dans leurs paliers, une grande poulie à bras sur l’un et une poulie trois fois plus petite sur l’autre, reliées par une courroie plate de cuir ouverte, droite en bas et légèrement pendante en haut](https://lastcodex.org/_astro/v1.B3MV5zGY_Z1W3md.webp)
_La petite poulie tourne trois fois plus vite que la grande ; le brin tiré est tendu, l’autre pend._

Une courroie plate entraîne par frottement. Enroulée autour de deux poulies et bien tendue, elle adhère à leurs jantes ; le brin tiré par la poulie motrice est tendu, l’autre est mou. La courroie avance à la même vitesse sur les deux jantes, donc une petite poulie tourne plus vite qu’une grande, en proportion de leurs diamètres : une poulie trois fois plus petite que celle qui l’entraîne tourne trois fois plus vite. Des poulies étagées sur le contre-arbre et sur la machine permettent de changer de vitesse en passant la courroie sur une autre paire de gradins. Les jantes sont légèrement bombées : une courroie plate monte au sommet du bombé et y reste. Dans son traité de 1863 sur les moulins et leurs mécanismes, le constructeur de Manchester William Fairbairn donnait aux courroies une vitesse de 25 à 30 pieds (environ 8 à 9 m) par seconde.

Tout le réseau tournait dès que le moteur démarrait le matin, jusqu’à son arrêt le soir. Pour mettre en marche ou arrêter une seule machine, son contre-arbre portait deux poulies de même diamètre côte à côte : une poulie fixe, clavetée sur l’arbre, et une poulie folle, qui tourne librement dessus. Quand la courroie était sur la poulie folle, la machine restait immobile. Une fourche commandée par un levier poussait la courroie sur la poulie fixe, et la machine démarrait. Fairbairn précise que la fourche doit agir sur le brin qui arrive sur les poulies, et que la courroie glisse d’abord, ce qui met la machine en vitesse sans choc.

Le frottement de tous ces paliers et courroies absorbait une partie de la puissance, même quand peu de machines travaillaient. Si le moteur ou un arbre cassait, une salle entière, voire toute l’usine, s’arrêtait jusqu’à la réparation. Les courroies s’allongeaient, il fallait les raccourcir et les relacer. Dans les bâtiments à plusieurs étages, les courroies passaient par des trous dans les planchers qui laissaient courir le feu, et on les enfermait souvent dans de coûteuses gaines verticales.

## Comment faire

![Maquette de table : une longue planche portant deux montants de bois, une tige d’acier qui tourne dans des trous près de leur sommet, une grande et une petite poulie de contreplaqué fixées sur la tige entre les montants et, à un bout, un disque de bois muni d’une cheville en guise de manivelle](https://lastcodex.org/_astro/v3.BaH2412y_lk58z.webp)
_L’arbre de la maquette : une tige qui tourne dans deux montants, entraînée par une manivelle._

Une petite maquette de table montre tout le système et fonctionne à la main. Sur une planche d’environ 60 cm de long, fixez deux montants de bois dur d’environ 30 cm de haut. Percez chacun près du sommet pour qu’une tige d’acier de 6 à 8 mm, ou un tourillon de bois dur, y tourne librement ; un peu de cire de bougie aide. C’est l’arbre de transmission. Montez une manivelle à un bout : un disque de bois collé sur la tige, avec une cheville pour poignée.

Découpez des poulies dans du contreplaqué avec une scie cloche, en deux ou trois tailles, et collez-les sur l’arbre. Poncez chaque jante en léger arrondi, plus haute au milieu, ou enroulez une bande étroite de ruban adhésif autour de son centre. Faites les courroies avec du ruban de coton cousu en boucle, ou avec de larges élastiques, assez tendus pour adhérer sans faire fléchir l’arbre.

Sous l’arbre, montez deux courtes broches dans de petits blocs de bois fixés à la planche, parallèlement à l’arbre. Sur la première, collez une petite poulie et un disque de carton peint en secteurs de couleur, pour voir tourner la broche. Sur la seconde, collez une poulie, la poulie fixe, et glissez à côté une seconde poulie de même taille qui tourne librement, tenue en place par une rondelle. Donnez à cette broche une petite came de bois qui soulève un petit marteau à charnière et le laisse retomber. Pliez un fil de fer rigide en fourche qui chevauche la courroie juste avant les poulies, et fixez-la sur un bâton qui pivote sur la planche : en déplaçant le bâton, vous faites passer la courroie d’une poulie à l’autre.

Tournez la manivelle et comptez : une petite poulie entraînée par une poulie trois fois plus grande fait trois tours pour chaque tour de l’arbre. Passez la courroie sur la poulie folle : le marteau s’arrête tandis que l’arbre continue de tourner ; ramenez-la, et le marteau reprend.

Même une maquette lente peut pincer. Le danger se trouve là où la courroie arrive sur la poulie : elle y entraîne les doigts, les cheveux, les manches amples, les cordons et les bijoux. Attachez les cheveux longs, retroussez vos manches, gardez les doigts loin des courroies et des poulies tant que l’arbre tourne, et ne déplacez les courroies qu’avec la fourche. Arrêtez la manivelle et attendez que tout soit immobile avant le moindre réglage. Entraînez la maquette à la main seulement, jamais avec une perceuse, un moteur branché sur le secteur ou un moteur thermique, et surveillez les enfants. Les vraies transmissions, dans les musées ou les ateliers anciens, peuvent mutiler ou tuer : restez derrière les barrières et ne touchez jamais une courroie en marche.

## Histoire et évolution

Une peinture murale du temple de Yanshan, à Fanshi dans le Shanxi, achevée en 1167 sous la dynastie Jin par les peintres Wang Kui, Wang Dao et d’autres, montre un moulin au bord d’un cours d’eau. Une seule grande roue hydraulique verticale fait tourner un long axe de bois qui soulève des pilons décortiquant le grain sous un abri de chaume, au niveau inférieur, et entraîne aussi une meule à l’étage. Gao Ce et Xu Yanhong, qui ont étudié la peinture sur place, voient dans la transmission vers la meule deux roues dentées à angle droit ; Shi Xiaolei admet qu’une seule roue mène les pilons et la meule, mais conteste leur lecture de la construction du moulin.

Dans son traité d’agriculture, dont la préface est datée de 1313, le fonctionnaire chinois Wang Zhen décrivit un moulin pour les eaux rapides et abondantes. Sa roue était haute et large, et son axe, aussi gros que ce qu’un homme peut entourer de ses bras, avait la longueur voulue. Trois roues dentées réparties sur l’axe entraînaient chacune une grande meule garnie de dents de bois sur son pourtour, et chacune de ces meules en menait deux autres, si bien qu’une seule roue faisait tourner neuf meules. La roue dentée placée en tête de l’axe frappait aussi un arbre inférieur qui actionnait plusieurs pilons. Wang Zhen avait vu de tels moulins dans le Jiangxi et ailleurs, où ils servaient au thé : les pilons écrasaient les feuilles avant leur passage sous les meules.

En Italie, Mario Grassi date de la fin du XVIe siècle les moulins à soie bolonais où une seule roue hydraulique entraînait par un arbre commun les machines de moulinage et de dévidage. Le moulin à soie de Derby, en Angleterre, copiait ces moulins italiens. Un premier moulin hydraulique équipé de machines hollandaises, construit pour Thomas Cotchett sur une île du Derwent, avait échoué. John Lombe, qui avait travaillé pour Cotchett, rapporta d’Italie des dessins des machines de moulinage piémontaises et ramena un groupe d’ouvriers italiens ; sur le même site, son demi-frère Thomas, qui avait obtenu un brevet en 1718, bâtit avec lui un nouveau moulin.

Selon le site du patrimoine mondial des filatures de la vallée du Derwent, les travaux commencèrent en 1721, tandis que l’inventaire archéologique du Derbyshire cite pour la construction les dates de 1718 à 1722 et de 1717 à 1721. Le moulin s’élevait sur cinq étages au-dessus d’arches de pierre, et toutes ses machines tiraient leur puissance d’une seule roue hydraulique en dessous. William Hutton, qui y avait fait sept ans d’apprentissage, écrivait en 1791 que la roue faisait environ deux tours par minute. Il ajoutait que chacune des innombrables parties pouvait être arrêtée et séparée à volonté, mais que l’ensemble, réparti dans cinq grandes salles, formait une seule machine qui se mettait en marche et s’arrêtait d’un bloc.

![Coupe d’un moulin de trois étages : une roue hydraulique en dessous, à l’extérieur, tourne une grande roue dentée qui entraîne un arbre vertical montant à travers les planchers, avec des roues coniques qui font tourner un arbre horizontal sous le plafond de chaque étage et des courroies qui descendent vers les machines](https://lastcodex.org/_astro/v2.CM3CDeTQ_Zccm4N.webp)
_Dans les moulins à engrenages, un arbre vertical montait la puissance dans le bâtiment jusqu’à un arbre à chaque étage._

Dans les moulins britanniques et les premiers moulins américains, la puissance montait de la roue par un arbre vertical, puis passait par des [engrenages](/fr/inventions/gear/) à un arbre aérien à chaque étage. Au début du XIXe siècle, se souvenait Fairbairn, ces arbres étaient lourds et lents, carrés, en fonte et mal accouplés, et dans certains moulins il fallait presque autant de puissance pour les faire tourner que pour entraîner les machines. Après s’être associé à James Lillie à Manchester en 1817, il les remplaça par des arbres légers en fer forgé tournant trois fois plus vite, ce qui économisait à la fois le métal et la puissance. D’après ses calculs, un arbre tournant à 50 tours par minute devait peser environ trois fois plus qu’un arbre rapide pour transmettre le même travail.

Aux États-Unis, les courroies remplacèrent une grande partie des engrenages. Au milieu du siècle, elles caractérisaient les filatures américaines, et en 1863 Fairbairn écrivait que les Américains préféraient les courroies de cuir et les grandes poulies. Dans certaines filatures de coton américaines, un énorme tambour sur l’arbre moteur envoyait la puissance aux lignes d’arbres par des courroies larges de deux à trois pieds (60 à 90 cm environ), si bien que toute la filature tournait sans engrenages. Les constructeurs de moulins du Lancashire et du Yorkshire gardaient les engrenages et les arbres légers et rapides, et se servaient surtout des courroies pour mener la puissance des arbres aux machines. Fairbairn reconnaissait que les courroies tournaient avec douceur et sans bruit, mais jugeait qu’elles perdaient plus de puissance par frottement dans les tourillons et demandaient de fréquentes réparations.

Les moteurs électriques prirent d’abord simplement la place de la machine à vapeur au bout des mêmes longs arbres. L’ingénieur H. C. Spaulding souligna les pertes par frottement et le gaspillage qu’il y avait à faire tourner toute la transmission, quel que soit le nombre de machines en service. Les usines divisèrent alors les arbres en groupes, chacun mû par son propre moteur. Aux ateliers de General Electric à Schenectady, 43 moteurs faisaient tourner 5260 pieds (environ 1600 m) d’arbres répartis dans une quarantaine d’ateliers. Les arbres raccourcirent, 30 à 50 pieds (9 à 15 m) dans bien des ateliers de mécanique, puis disparurent quand chaque machine reçut son propre moteur. En 1929, selon Warren Devine, les moteurs électriques représentaient environ 78 % de la puissance installée pour entraîner les machines dans l’industrie américaine.

## Repères clés

- Peinture murale du temple de Yanshan, 1167: L’axe d’une seule roue actionne des pilons et une meule
- Arbres légers: Fer forgé tournant trois fois plus vite, Fairbairn et Lillie, après 1817
- Usage américain (Fairbairn, 1863): Courroies de cuir et grandes poulies plutôt qu’engrenages
- Vitesse des courroies selon Fairbairn (1863): 25 à 30 pieds (environ 8 à 9 m) par seconde
- Arbre courant à la fin du XIXe siècle: Environ 3 pouces (7,6 cm) d’épaisseur, sur toute la longueur de l’étage

## Nécessite

- [Roue hydraulique](https://lastcodex.org/fr/inventions/water-wheel/): Une rivière changée en travail (v. 300 av. J.-C.)
- [Engrenages](https://lastcodex.org/fr/inventions/gear/): Des dents qui échangent vitesse et force (v. 350 av. J.-C.)
- [Palier lisse](https://lastcodex.org/fr/inventions/plain-bearing/): Un arbre qui tourne sur un film de lubrifiant (v. 4 700 av. J.-C.)
- [Tannage du cuir](https://lastcodex.org/fr/inventions/leather-tanning/): Peaux, écorce de chêne, des mois en fosse (v. 1 500 av. J.-C.)
- [Métallurgie du fer](https://lastcodex.org/fr/inventions/iron-smelting/): Usage élargi vers 1200 av. J.-C. ; minerai, charbon et bas fourneau (v. 1 200 av. J.-C.)

## Sources

- [Fanshi Yanshan si bihua Shuidui mofang tu ji qi jixie yuanli chutan (The water trip-hammer and mill mural of Yanshan temple, Fanshi, and its mechanism), Kexue jishu yu bianzhengfa 2007 (3), pp. 97–100](https://www.sohu.com/a/718681611_121188364), Gao Ce and Xu Yanhong (repost by Kaogu kuaidi, 2023)
- [Shanxi Fanshi Yanshan si Shuidui mofang tu zai nongjushi shang de yiyi (The Yanshan temple water trip-hammer and mill mural in the history of farm tools), with his reassessment in Kexue jishu zhexue yanjiu 2010 (6)](https://agri-history.ihns.ac.cn/tools/sxlmo.htm), Shi Xiaolei, Agricultural history site of the Institute for the History of Natural Sciences, CAS
- [Wang Zhen, Nong shu, juan 19 (Nongqi tupu, Liyong men): water-driven linked mills (shuizhuan lianmo) and water-driven flour sieve](https://zh.wikisource.org/wiki/%E7%8E%8B%E7%A6%8E%E8%BE%B2%E6%9B%B8/%E5%8D%B7%E5%8D%81%E4%B9%9D), Wang Zhen (preface dated 1313); Wikisource edition
- [Wang Zhen, Nong shu: original preface dated Huangqing guichou (1313) and Siku quanshu notice](https://zh.wikisource.org/wiki/%E7%8E%8B%E7%A6%8E%E8%BE%B2%E6%9B%B8), Wikisource
- [Zhongguo shuili jixie (Chinese water-powered machinery): water-driven linked mills, one wheel driving nine millstones](https://www.cdstm.cn/museum/zphc/fxsczldzh/art/2019/art_0537ad798fd5402fbc024fcab62686a3.html), China Science and Technology Museum
- [The Piedmontese Avant-Garde: Innovations in Techniques and Technologies, in The Silk Industry in Early Modern Piedmont (chapter 3 and note 4)](https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-032-15353-1_3), Mario Grassi, Springer Nature (2026)
- [The thread twisting and the origin of the silk mill (display board 7)](https://fondazionemcr.it/silk07-the-thread-twisting), Fondazione Museo Civico di Rovereto
- [Key Sites: The Silk Mill](https://www.derwentvalleymills.org/discover/derwent-valley-mills-history/derwent-valley-mills-key-sites/key-sites-the-silk-mill/), Derwent Valley Mills World Heritage Site
- [Site of Lombe's Silk Mill, Derby (MDR4561)](https://her.derbyshire.gov.uk/Monument/MDR4561), Derbyshire Historic Environment Record, Derbyshire County Council
- [Thomas Lombe: Signet Warrant for inventor's patent for a silk-throwing machine, 1718 (Egerton Ch 7627)](https://searcharchives.bl.uk/catalog/040-002132747), British Library
- [Remains of the models of silk machinery introduced by Sir Thomas Lombe (patent granted in 1718)](https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co44817), Science Museum Group
- [The History of Derby, from the Remote Ages of Antiquity to the Year 1791](https://archive.org/details/historyderbyfro00huttgoog), William Hutton (1791; edition of 1817)
- [Treatise on Mills and Millwork, Part II: On Machinery of Transmission](https://archive.org/details/treatiseonmills02fairgoog), William Fairbairn, Longmans (1863)
- [William Fairbairn: Obituary, Institution of Mechanical Engineers](https://www.gracesguide.co.uk/William_Fairbairn:_Obituary_IMechE), Grace's Guide to British Industrial History
- [Mill Power Drives (Lowell National Historical Park Handbook 140): belting a mark of American mills by mid-century](https://home.nps.gov/lowe/learn/photosmultimedia/mill_power_drives.htm), National Park Service
- [From Shafts to Wires: Historical Perspective on Electrification (Journal of Economic History 43, 1983, pp. 347–372)](https://doi.org/10.1017/S0022050700029673), Warren D. Devine Jr., Economic History Association / Cambridge University Press

Faits vérifiés le 2026-10-18.

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