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LOW←TECH MAGAZINE

Outils et machines de forage manuel

Dans le dernier quart du 19ème siècle sont apparus une nouvelle génération d’outils de forage, considérablement améliorées

Traduit par: Théo Manent

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Différents types de foreuses manuelles. Image : Old Tool Heaven

Les outils manuels sont utilisés depuis des millénaires. Pourtant, dans le dernier quart du 19ème siècle est apparue une nouvelle génération d’outils, considérablement améliorés.

Ces outils ont bénéficié de la machinerie de production industrielle de masse moderne et de ses process (telle que l’interchangeabilité des pièces) ainsi que d’une disponibilité accrue en matériaux de qualité supérieure (du métal à la place du bois).

Il en a résulté, entre autres, toute une série de nouveaux outils de forage. Fonctionnant à l’énergie humaine, ces outils que non seulement grandement amélioré ce qui les précédaient, mais disposaient surtout de nombreux avantages en comparaison des perceuses électriques utilisées de nos jours.

Percer des trous

Pendant la majeure partie de l’histoire humaine, percer un trou dans un quelconque matériau donné demandait beaucoup de temps et d’effort. Le tout premier outil de forage rudimentaire était le perçoir (ou « poinçon »), une pointe en pierre, silex, cuivre ou os, parfois fixée à une pièce de bois. Le perçoir était pressé contre un objet, avant d’être tourné à la main, à la manière de nos tournevis actuels.

Une autre méthode primitive était le « foret manuel », ou « drille », où une tige était mise en rotation entre les paumes. Des abrasifs, comme le sable, pouvaient être utilisés en même temps afin d’augmenter l’efficacité de cette technique de forage. Ces tâches nécessitaient énormément de travail, en particulier quand le matériau à forer était résistant, comme par exemple de la pierre.

En étudiant les anciennes techniques de travail de la pierre (voir sources) Denys Stocks est arrivé à la conclusion que même avec un foret en métal, percer un trou d’1 centimètre de profondeur dans une pierres dures comme le quartz pouvait prendre jusqu’à 5 heures. Dans l’Antiquité, il était courant de percer des trous dans des pierres dures, par exemple lors de travaux de construction ou pour la fabrication de colliers et bracelets ; il est donc pas étonnant que nos prédécesseurs aient activement cherché à développer d’autres techniques de forage plus efficaces.

Les forets à corde, forets à archet et forets à pompe

La première étape vers la mécanisation fut le « foret corde » (aussi connu sous le nom de « foret à lanière » ou « foret à courroie »), qui permettait d’accroître la vitesse de rotation de la mèche. L’outil était composé d’une pointe de forage (foret) fixée à une longue baguette en bois, mise en rotation par une cordelette ou une lanière de cuir enroulée, dont chaque extrémité étaient tenues avec une main ; en tirant alternativement dans une direction puis l’autre, la drille entrait en rotation et forait le matériau. Le bout de l’axe est en rotation libre dans un embout que l’utilisateur tenait bouche entre ses dents, afin d’exercer un plus grande pression vers le bas. Cet outil était aussi utilisé pour faire du feu, raison pour laquelle il est aussi connu sous le nom de « foret à feu ».

Le foret à corde était largement répandu, mais fut finalement supplanté par le « foret à archet », apparue il y a au moins 6000 ans en Égypte. Basé sur le foret à corde, la différence était que la corde, toujours entourée autour du manche, était désormais fixée à un arc. L’utilisateur maintenait le foret vertical et l’arc horizontal, puis déplaçait l’arc d’avant en arrière – à la manière d’un violoncelliste – pour faire tourner le fuseau.

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Le foret à archet. Image de Rudolf Hommel.

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Le foret à pompe. Image : Primitive Ways

Le foret à archet présente deux avantages par rapport au foret à corde : le fuseau peut être mis en rotation à une vitesse plus élevée, et une seule main étant nécessaire pour manier l’arc, la pression verticale peut être exercée avec l’autre main plutôt qu’avec la bouche. Des forets à archer plus petits était également utilisé pour les soins dentaires. L’outil pouvait être fabriqué à partir de quelques pièces de bois, d’une corde et d’une pointe. Le foret a archer fut plus tard amélioré en foret à pompe (ou « foret à mouvement de pompe »), apparu à l’époque romaine. Son utilisation est similaire, excepté qu’elle fonctionne par en mouvement vertical au lieu de latéral. Sandor Nagyszalancy l’explique en détail dans son livre « Tools Rare and Ingenious » :

« Les forets à pompe tirent leur nom de la manière dont ils sont utilisés. En appuyant sur la barre transversale, la corde son rôle et se déroule autour du fuseau, faisant ainsi tourner une pointe fixée à son extrémité dans un mouvement de va et vient. La section arrondie et épaisse juste au-dessus de la pointe sert de petite roue libre afin de prolonger le mouvement de rotation. »

Ici encore, le foret à pompe permettait d’offrir une vitesse de rotation plus élevée ainsi qu’une pression descendante plus importante. Tous ces forets anciens étaient utilisés en combinaison avec une pointe de forage ou avec l’aide d’abrasifs (surtout quand il s’agissait de forer de la pierre). Les forets à pompe et à archet (qui ne pouvaient fonctionner sans cordes ni nœuds) font partie des outils les plus plébiscités jamais fabriqués. Jusqu’à la fin du 19ème siècle, les forets à archer étaient encore utilisés par les charpentiers pour forer des trous petits ou délicats, tandis que de petits forets à pompe sont toujours commercialisés aujourd’hui comme outil de joaillerie.

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Les forets à archet et à corde maniés par plusieurs personnes

Les chinois appréciaient particulièrement les outils de forage cités plus haut. Ils ont eu recours à des forets à archet, à pompe et à corde jusqu’au début du XXe siècle, et n’ont jamais développé aucun des outils de forage dont il sera question par la suite. Rudolf Hommel a photographié certains de ses outils de forage chinois dans son livre « China at work ». Les charpentiers navals chinois employaient une version plus grande du foret à corde, manié par deux ou trois personnes. Il était utilisé pour le forage de trous préliminaires à la pose des rivets métalliques utilisées dans la construction navale. Henry Chapman Mercer décrit l’outil dans son livre de 1929 « Ancient Carpenters’ Tools » :

« Pour utiliser l’appareil, la lanière est enroulée autour du fuseau, au-dessus duquel un homme tient une poignée pivotante, pressant ainsi verticalement le foret dans le bois, tandis que deux autres hommes tiennent chacun la lanière à une extrémité - ou bien un seul homme tient les deux extrémités - et, les tirant alternativement, font tourner le foret dans un sens puis l’autre, comme pour le foret à archet classique. »

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Le foret à corde. Image tirée de « China at work », par Rudolf Hommel.

D’après certains historiens, les égyptiens faisaient aussi usage de grands forets à archet, actionnés par plusieurs personnes pour réaliser de grands trous (et évider certains espaces) au sein de leurs pyramides. Des tubes creux en bronze de 11 centimètres de diamètre environ, combinés à des abrasifs, auraient été utilisés comme forets (« forets creux » ou « tarières creuses »), après quoi la partie centrale, désolidarisée, était enlevée avec précaution. Des trous encore plus larges pourraient avoir été réalisés en répétant plusieurs forages les uns à côté des autres, dans une disposition circulaire. La quantité de matière à réduire en poudre étant moindre, le foret creux permet de réaliser des trous plus larges sans pour autant réduire la vitesse de forage.

Denys Stocks a mené des expérimentations pour tester l’efficacité de cette méthode, avec succès. Les résultats obtenus montrent que deux foreurs étaient nécessaires pour pousser et tirer un grand arc, tandis qu’une troisième personne maintenait une pierre en haut de la drille pour exercer une pression dans le bas. Stocks est parvenu à une vitesse de forage de 2 centimètres par heure dans du granit, et estime que les anciens Égyptiens pourrait avoir atteint des vitesses de 12 cm par heure.

Qu’ils aient ou non eu effectivement recours à cette technique demeure cependant une question ouverte à discussion. Nuls vestiges archéologiques de ces outils n’ont jamais été découverts, et contrairement à des forages plus petits (des forets à archer usuels, des forets en pierre pour évider des vases en granit), ces opérations de forage à plus grande échelle ne sont que vaguement évoquées dans les peintures rupestres.

Les tarières, vrilles et alésoirs

Une autre invention importante apparue à l’époque romaine fut la tarière en T (et la vrille), bien plus petite). Il s’agit tout simplement d’une longue mèche avec deux poignées en bois pour la faire tourner. L’outil ressemble en quelque sorte à un très grand tire-bouchon. Les tarières étaient utilisées pour forer des trous larges et/ou profonds dans du bois, matériau pour lequel les forets à archet ou à pompe n’étaient pas d’une grande utilité. Y avaient recours les constructeurs de navires, de ponts, de moulins ainsi que les charrons, etc.

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Une tarière de grand diamètre. Image : Full Chisel)

Au Moyen- Age, les tarières étaient parfois équipées d’une plaque (dite « appui-poitrine » ou « ventre à percer ») en partie haute, afin d’augmenter la pression de forage – l’utilisateur pouvait peser de tout le poids de son corps sur la plaque. Leur maniement n’en demeurait pas moins laborieux. L’auteur romain Vitruve avait remarqué que la difficulté du forage croissait de façon exponentielle avec l’augmentation du diamètre du trou. Outre le forage de trous, les tarières étaient aussi utilisées à des fins d’« alésage » - c’est-à-dire l’élargissement de trous déjà existants.

Le forage à la tarière est basé sur l’effet de levier : plus la poignée est longue, plus la force potentiellement déployée est grande. Certaines tarières et alésoirs étaient immenses et devaient être actionnés par plusieurs personnes. L’alésoir de charron en est un exemple, qui servait à évider le moyeu des roues afin d’y insérer un palier métallique (support de l’axe).

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Tarières. D’après « A Museum of Early American Tools », Eric Sloan, 1964.

Là encore, il ne s’agissait pas d’une tâche aisée, car si le trou n’était pas percé parfaitement dans l’axe, la rotation de la roue se voyait par la suite entravée au niveau de l’axe. Les tarières et alésoirs sont restés des outils essentiels jusqu’à la fin du 19ème siècle. Dans son livre « A Museum of Early American » de 1964, Eric Sloane décrit (et illustre) l’utilisation de l’outil :

Assez curieusement, les experts n’ont pas réussi à établir de façon certaine la façon dont ces alésoirs étaient utilisés. Mais j’ai installé une roue de wagon sur un établi de charron, puis inséré un alésoir à crochet à travers le moyeu, que j’avais au préalable lesté de 75 livres (34 kilos). Avec deux hommes manœuvrant un très long manche amovible, le résultat fut satisfaisant. Avec un alésoir classique, un homme n’exerce de pression verticale qu’avec la moitié de son poids environ ; ce peut être amélioré avec un poids de 75 livres, auquel s’ajoute les 25 livres de l’outil lui-même. »

Les tarières pour tuyaux et pompes

Un autre exemple spectaculaire est fourni par la tarière (et alésoir) pour tuyau. Ces outils étaient utilisés pour le forage de conduites d’eau à partir de troncs d’arbre. Ce type de tuyaux en bois était assez répandu dans les villes et bourgs entre le 15ème et le 17ème siècle, précise Maurice Daumas dans son « Histoire générale des techniques, tome 2 » (illustration ci-dessous, Maurice Dumas).

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Une tarière pour tuyau. Issue de Histoire générale des techniques, tome 2, Maurice Dumas).

Auteur du Full Chisel Blog, Stephen Sheperd explique comment s’utilise la tarière pour tuyaux :

« Ce type de mèche va suivre le centre de l’arbre (ceux sélectionnés avaient des bons troncs rectilignes du diamètre recherché), de manière à ce que le trou soit centré. Ce qui rend cette configuration inhabituelle est la grande longueur de la tige, ainsi que l’interchangeabilité des pointes et alésoirs. Sur certaines de ces tarières, les poignées étaient segmentées, leur longueur pouvait ainsi être augmentée si nécessaire. Les tiges étaient légèrement plus longues que les grumes à transformer en tuyaux. Il n’était ainsi pas rare qu’elles atteignent 20 pieds (6 m) de long. »

« Un équipement fixe doit être mis en place pour accomplir ce travail. Des chevalets de sciage ou des établis pour supporter le tronc et d’autres, plus petits, pour maintenir la tige du foret dans la bonne position. Après que le trou de guidage soit percé, le foret est remplacé par un alésoir afin d’élargir le trou. Pour faciliter l’alésage, une corde est passée à travers le trou et attachée au crochet situé à al a pointe de l’alésoir. Cela facilite le travail de celui qui actionne les poignées, puisqu’il n’a dès lors plus besoin de pousser la tarière, l’homme de l’autre côté tire la corde, tirant ainsi l’alésoir à travers le trou de guidage et élargissant l’ouverture, tandis que le manche continue d’être mis en rotation. »

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Une tarière pour tuyau. Illustration de Stephen Shepherd, Full Chisel Blog.

Cela prit un certain temps. Dans son « Encyclopédie » de 1751, Diderot écrit qu’un homme pouvait forer quotidiennement un tuyau de 5 cm de diamètre et 11,6 m de long dans du bois d’érable, contre seulement 1,95 m dans du chêne. Une méthode similaire était utilisée pour forer les barillets des mousquets et les canons, ainsi que pour fabriquer les pompes à eau en bois servant à remonter l’eau des puits.

Les forets alternatifs versus continus

L’arrivée de la tarière ne fit pas disparaître les forets à archet et à pompe. Chacun d’entre ces outils avait ses avantages et ses inconvénients, ayant des fonctionnements complètement différents. Tout d’abord, avec un foret à archet ou à pompe, la pression verticale est appliquée avec une seule main, tandis qu’elle s’effectue à deux mains dans le cas d’une tarière. Ensuite, la tarière tourne lentement dans une seule direction, alors que les forets à archet et à pompe fonctionnent par de rapides rotations alternatives dans les deux sens. Enfin, la tarière racle le bois en copeau à mesure qu’elle progresse, là où le foret à archet ou à pompe pulvérise le bois en sciure.

En conséquence, la tarière est beaucoup plus recommandée pour forer des trous larges, mais se révèle inutile pour réaliser des trous dans d’autres matériaux que le bois. D’un autre côté, les forets à pompe et à archet ne permettent de forer que des trous de faible diamètre en comparaison (avec de possibles exceptions pour les grands outils des Égyptiens), mais peuvent être utilisés pour percer des trous dans tous types de matériaux qui nécessitent d’être pulvérisés plutôt que « râclés » : la pierre, le marbre ou le métal, par exemple.

Une avancée médiévale : le vilebrequin

Si les tarières sont demeurées, jusqu’au début des années 1800, des outils indispensables pour forer des trous de grand diamètre, le Moyen Age fur porteur d’une innovation importante pour le perçage de trous de diamètre plus réduit : le « vilebrequin ». Cela introduisit – pour la première fois dans l’histoire – un mouvement de forage continu. Les forets à archet, tout comme les tarières, fonctionnaient par rotation intermittente, or dans le court temps d’arrêt entre chaque tour la mèche avait tendance à se retrouver bloquée.

Le bâti en forme de « C » du vilebrequin résolut ce problème. L’utilisateur tournait la poignée en continu tout en exerçant une pression verticale avec l’autre main ou la poitrine sur l’appui (certains vilebrequins plus tardifs, les « vilebrequins à conscience », disposaient d’une plaque plus grande appelée « conscience » ou « ventre à percer »). On trouvait des vilebrequins de toutes tailles, avec des longueurs pouvant varier de 10 cm ou moins à des outils de près d’un demi-mètre de long.

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Vilebrequin en bois du 18ème siècle. Image : David Stanley.

La plus ancienne représentation du vilebrequin remonte à 1425, date à laquelle il figure pour la première fois sur une peinture de l’artiste flamand Robert Campin (dit « maître de Flemalle »). Le plus ancien vilebrequin conservé a été retrouvé dans un navire anglais qui fit naufrage en 1545. Les vilebrequins sont restés en usage depuis lors, quoiqu’ils puissent être difficiles à trouver aujourd’hui. À partir du 15ème et jusqu’au début du 19ème siècle, les vilebrequins n’ont connus que de de légères améliorations. Les premiers vilebrequins en bois étaient fabriqués avec des pointes fixes, tandis que les modèles ultérieurs disposaient de mécanismes rudimentaires (mandrin et empreinte) pour y fixer des mèches amovibles interchangeables. Si la forme de l’outil n’a que très peu changé dans l’ensemble, l’évolution notable a bien plutôt résidé dans les matériaux utilisés pour sa fabrication.

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Vilebrequins anglais. Source : Hans Brunner Tools.

La plupart des vilebrequins médiévaux étaient faits entièrement en bois (parfois même à partir d’une branche d’arbre naturellement courbée) avec quelques petits renforts en métal, et – bien entendu – une mèche en métal. Les modèles ultérieurs étaient solidement renforcés avec des plaques métalliques. Certains étaient très rudimentaires, mais d’autres peuvent être considérés comme de véritables objets d’art. Les vilebrequins « Ultimatum » fabriqués par William Marples au début du 19ème siècle, confectionnés à partir d’ivoire japonais ou de bois exotiques (ébène, palissandre) et ornementés de pièces en cuivre jaune poli et gravé, étaient célèbres pour leur attrait esthétique.

Les outils de forage manuel modernes

Il faut attendre la fin du 19ème siècle pour que les outils de forage manuel connaissent une nouvelle révolution, avec l’arrivée de vilebrequins largement améliorés et d’une toute nouvelle catégorie d’outils de forage : les machines de forage et perceuses manuelles à engrenage, qui soulagèrent du dur labeur requis par l’emploi des tarières. Elles étaient beaucoup plus puissantes et polyvalentes que leurs prédécesseurs mais leur succès fut malheureusement de courte durée. À peine un demi-siècle plus tard, les perceuses électriques les avaient déjà presque totalement supplantées. En conséquence, beaucoup de gens n’ont jamais eu vent de l’existence de ces outils pourtant remarquables.

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Un modèle rare de 1880, combinant vilebrequin et chignole à engrenage. Source: Old Tool Heaven

Le panorama des outils de forage manuel modernes présenté par la suite se concentre presque exclusivement sur les produits d’une seule entreprise : la Millers Falls Company, de New York. Malgré l’existence de nombreux concurrents, notamment Goodell Pratt et North Brothers, Millers Falls dominait le marché étatsunien, et leurs outils sont généralement considérés comme les meilleurs dans le domaine. Par ailleurs, les Etats-Unis ayant été précurseurs des premières techniques de production industrielle, ces outils se sont également imposés comme une référence pour la plupart des fabricants européens.

De l’acier à bas coût et des pièces interchangeables

L’amélioration des instruments de forage était directement liée à la mise à disposition, sur le marché, d’acier à bas coût et à l’invention des pièces de rechange. Randy Roeder, auteur d’un superbe site internet consacré aux outils Millers Falls, résume en deux paragraphes les changements à l’œuvre, en prenant comme exemple le vilebrequin :

« Les vilebrequins que proposaient les entreprises américaines à cette époque étaient parmi les plus élaborés des outils de forage manuel jamais produits en série. Les vilebrequins des années 1930 auraient été reçus comme un don du ciel par un artisan du bois un siècle plus tôt. Au début du 19ème siècle, la plupart des vilebrequins étaient en bois et susceptibles de se casser si un couple trop important leur était appliqué. Les vilebrequins en fer forgé fabriqués par certains forgerons étaient meilleurs sur ce plan, mais les deux types étaient desservis par des mécanismes incapables de maintenir fermement une mèche ni de s’adapter pour recevoir des mèches de taille et forme variables. »

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Brevet de 1872 d’un modèle haut de gamme à cliquet. Source: Old Tool Heaven.

« Cent ans plus tard, un vilebrequin avec mandrin Barber réglable [breveté en 1859], monté sur un bâti en acier de qualité supérieure et équipé d’une poignée et d’une pomme tournantes, était désormais considéré comme un produit bas de gamme. Des modèles plus perfectionnés furent conçus, équipés d’un mécanisme de cliquetage, permettant à l’utilisateur de percer un trou sans effecteur de rotation complète de la manivelle. Certains des meilleurs vilebrequins étaient confectionnés avec tout ou partie du cliquet « enfermé » dans un boitier de protection, un « carter ». Les modèles de premier choix étaient en outre équipés de mandrins autorisant tout un éventail de mèches. Évidemment, la qualité de la finition était un facteur déterminant dans le prix de final de l’outil. »

Les chignoles à main et à conscience

En parallèle des améliorations apportées au séculaire vilebrequin, apparu une nouvelle catégorie d’outils de forage – notamment, ce que l’on a appelé les chignoles à engrenage. La première image d’une chignole à engrenage date de 1816 et le premier brevet sur cet outil fut déposé en 1838. Il est probable qu’elles furent inventées en France, peut-être seulement à la fin des années 1700. Les chignoles à engrenage offrirent enfin métallurgistes une alternative aux forets à archet et à pompe, vieux de respectivement 6000 et 2000 ans. Site internet dédié aux outils de forage. WK Fine Tools, explique ceci :

Une chignole à engrenage transfère la puissance d’une roue dentée verticale vers un pignon horizontal, en rotation sur un axe, solidaire du mandrin – support de mèche. En fonction du rapport de transmission entre la roue principale et le pignon, un seul tour de manivelle pouvait suffire à réaliser plusieurs rotations de la tige. »

Les chignoles à engrenage (aussi appelées « chignoles – batteur à œuf » – voir pourquoi) étaient initialement conçues pour percer du métal, matériau pour lequel de grandes vitesses de rotation sont requises. Néanmoins, elles étaient également utilisées pour percer du bois tendre, auquel cas cet avantage mécanique rendait simplement le forage plus aisé.

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Une chignole à conscience de 1922. Source: Old Tool Heaven.

Tout comme les vilebrequins, les chignoles à engrenage fonctionnaient par mouvement continu, mais offraient en plus l’avantage, grâce à un couple plus important, de démultiplier au niveau du foret la vitesse de rotation de la manivelle. De nombreux modèles proposaient d’ailleurs plusieurs vitesses. Il existait deux catégories de chignoles à engrenage : les « chignoles à main » et « chignoles à conscience ». La Millers Falls Company lança leur production en série en 1878 et est restée chef de file du marché depuis lors. Randy Roeder explique la différence entre les deux types :

« Les chignoles à main font généralement 15 pouces ou moins en longueur, sont plus adaptées pour percer des trous dans du bois ou des métaux légers, et s’avèrent plus efficaces quand l’utilisateur s’en sert en positionnant son corps au-dessus de la pièce à usiner. Elles fonctionnent mieux à des vitesses élevées et sont particulièrement utiles pour percer avec précision des trous de petit diamètre sans endommager les mèches un peu fragiles. »

« Les chignoles à conscience excédent généralement les 15 pouces de long et sont surmontées d’une plaque d’appui concave, qui offre à l’utilisateur une surface sur laquelle s’appuyer lorsqu’il perce. Ces outils étaient indispensables à l’industrie de la construction, aux ateliers de forgerons, ainsi qu’aux manufactures et ateliers où étaient fabriqués les wagons de train. De conception robuste, ces chignoles sont utiles pour percer des trous dans le fer, l’acier et les bois extrêmement durs. Conçues pour recevoir une bonne partie de la charge corporelle d’un ouvrier, les chignoles à conscience sont particulièrement efficaces lorsqu’utilisées en position debout, à la hauteur de l’ouvrage. »

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Une chignole à conscience. Source: Old Tool Heaven

Bien que manuelles, les chignoles à conscience pouvaient être des outils très puissants. Un bon exemple nous est fourni par la chignole à conscience Miller Falls No. 13 représentée ci-dessus, introduite au milieu des années 1880. Elle disposait d’une roue dentée de 6 pouces (15 cm) de diamètre, offrant un rapport de transmission de 4,5 pour 1. Ce qui signifie que le foret tournait 4,5 fois plus vite que la main de l’usager. Des modèles ultérieurs affichaient des rapports encore plus élevés. La No. 666, introduite en 1937, avait ainsi un avantage mécanique supérieur à 7 pour 1.

La fonction de la « conscience » (appui de poitrine) remplaçant le pommeau ne se limitait à simplement permettre à l’utilisateur d’appuyer son corps sur la chignole, souligne Stephen Sheperd :

« Cela libérait aussi les mains pour tourner la manivelle d’une main, et de l’autre tenir une poignée auxiliaire, située au niveau du pivot sur le côté opposé à la roue dentée. La longueur du bras de manivelle est variable, d’une simple poignée rotative montée directement sur le bord de la roue dentée, jusqu’à un manche excédant le diamètre de la roue et augmentant ainsi l’avantage mécanique. »

Plus de 200 modèles différents

Les vilebrequins et chignoles à engrenage étaient disponibles en une gamme étonnamment diversifiée. En 1915, le catalogue de Millers Falls incluait 28 chignoles à main, 40 chignoles à conscience et 135 variantes de vilebrequins – ce dernier chiffre en particulier est considérable au regard de la simplicité de l’outil.

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Le Vilebrequin Whimble.

Le Vilebrequin Whimble en est un exemple, dont la description du catalogue est la suivante : « Les constructeurs de navires, de ponts et autres artisans dont le travail implique des gestes particulièrement puissants trouveront avec ce vilebrequin un outil solide, robuste, à même d’endurer les rudes sollicitations qu’il est amené à connaitre dans son utilisation. » Un autre exemple est le « Vilebrequin d’Angle » (ci-dessous), présenté comme « le seul outil permettant de percer des trous dans des angles et proche des murs, indispensable aux charpentiers, ferblantiers et plombiers. »

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Un vilebrequin d’angle.

Usage stationnaire

Les vilebrequins et chignoles – à main et à conscience – pouvaient être montés sur des bâtis, supports conçus à cet effet. Il en résultait un outil manuel appelé « perceuse à colonne », ou « perceuse d’établi », qui améliorait encore la performance des outils initiaux. Un exemple est la chignole à conscience montée sur bâti, présentée en 1883 (baptisée « Universal Hand Drill Press » – ou « Perceuse à colonne manuelle universelle »). Le magazine « Carpentry and Building » y consacré un article :

« Elle inclut un bâti en acier, sur lequel la chignole à conscience No. 10 pourrait être installée sans problème. La perceuse est fermement fixée au bâti, tandis que l’ouvrage est maintenu par un étau, tel que représenté sur la gravure. Le bras de levier qu’offre cette configuration peut être actionné à la main, ou lesté d’un poids, selon la préférence. L’avantage d’un tel support combiné à une chignole à conscience est évident. »

« La plupart des opérations assurées par ce type d’outil peut être réalisée plus efficacement au moyen d’une chignole montée sur le bâti. Dans son utilisation classique, la chignole à conscience nécessite d’appliquer fréquemment une forte pression, ce qui s’avère fatiguant pour l’ouvrier. La configuration présentée ici offre un effet de levier de cinq pour un, ce qui facilite grandement la progression de l’usinage. Quand l’ouvrage à réaliser ne peut pas s’effectuer sur le support, l’outil peut en être retiré en quelques secondes, puis utilisé de façon classique. »

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Chignole montée sur bâti, 1883.

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Une machine de forage.

De nombreux types de support étaient disponibles, et le principe pouvait s’appliquer de façon similaire aux vilebrequin (voir l’illustration ci-dessous). Des outils de forage angulaires et à cliquet pouvait être montés sur des machines cassées de manière à pouvoir percer sous différents angles (ci-dessus, à droite). Outre les atouts précédemment cités, cette configuration offrait l’avantage de laisser une main libre à l’utilisateur. Une variante de cet outil manuel stationnaire était la « foreuse à bois ».

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La foreuse à bois.

Cette chignole à 2 manivelles, la plus puissante qu’aie fabriquée la Millers Falls Company, fut introduite au cours des années 1860. La version réglable permettait de forer avec n’importe quel angle, le socle en bois sur lequel est fixé la superstructure servant d’assise à l’opérateur.

Stephen Sheperd fit usage de la machine et en fut impressionné :

« Les deux manivelles et le mécanisme d’engrenage en font une chignole puissante, même avec des mèches de grand diamètre. Elle fore aisément des trous dans du bois. Une fois la profondeur souhaitée atteinte, une crémaillère est mise en contact avec un engrenage, et en tournant la manivelle en continu la mèche ressort du trou avec facilité. »

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La foreuse à bois.

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Une chignole à main sur bâti

Un outil de forage complètement différent (no fabriqué par Millers Falls) fut spécialement conçu pour percer des pierres dures. La « Foreuse manuelle Ingersoll » est ainsi décrite dans l’encyclopédie « Modern Mechanism » de 1892 :

« Le ressort est compressé par une traverse en acier, et sa détente produit en retour la percussion, qui s’effectue sans rebond sur la pierre, donc sans choc pour l’utilisateur. Le ressort d’une foreuse manœuvrée par 2 personnes était généralement compressé à 200 lbs et produit, avec le moment du piston et du foret, une pression de 300 lbs environ [soit 5,4 kg]. »  

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La foreuse manuelle Ingersoll.

Disponibilité constante

Au moins aussi remarquable que leur diversité est la constante disponibilité de certains outils de forage manuel. À titre d’exemple, la chignole No. 2 de Millers Falls, une des plus populaires de la marque, fut introduite dès 1878, et était encore disponible (sensiblement inchangée) dans leur catalogue de 1981 – soit plus de 100 ans après son introduction (voir l’image du modèle de 1903, sur la droite, source).

La chignole No. 2 a même survécu à l’introduction des chignoles dite « Buck Rogers », cousines au design moderne plus affirmé et équipées d’un carter (ou « couvre-engrenage »), dont la production fut lancée à la fin des années 1940 et arrêtée en 1960. La No. 2 est l’exemple le plus probant en matière de disponibilité commerciale, mais la plupart des modèles restèrent eux aussi en vente pendant des décennies.

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Chignole Millers Falls No.2. Source : WK Fine Tools.

Néanmoins, l’âge d’or des outils de forage manuel modernes fut trop vite dépassé, avant même les années 1920. Là où le catalogue de Millers Falls affichait 135 modèles différents de vilebrequins en 1915, ce nombre était réduit à 35 en 1938, et à 13 en 1949. Randy Roeder explique ce phénomène :

« L’attrait croissant pour les outils de forage électriques se faisait sentir dans le milieu professionnel, et il est clair que le marché n’était désormais plus capable de fournir une gamme aussi large de vilebrequins, beaucoup ne présentant que très peu de différence les uns envers les autres. Étonnamment, la compagnie continua de commercialiser des chignoles à conscience jusque dans les années 1980. Bien qu’elles fussent déjà anachroniques, les concurrents s’étaient faits si rares qu’elle était quasiment en situation de monopole. »

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Chignole Buck Rogers.

Le catalogue Millers Falls de 1981 ne contenant plus que 3 vilebrequins, une chignole à main et une chignole à conscience. Aujourd’hui, on peut toujours se procurer des vilebrequins neufs, mais ils se font rares. Les chignoles à conscience ont complètement disparu – plus aucune entreprise n’en commercialise (mise à jour : certains modèles sont encore disponibles à la vente, voir les commentaires).

Apogée des machines de forage

Il est intéressant de constater que les outils de forage apparus à la fin du 19ème siècle n’ont pas seulement amélioré considérablement les outils qui les précédaient ; ils disposaient en outre de beaucoup d’avantages sur leurs successeurs contemporains. Bien entendu, les perceuses mécaniques actuelles offrent la commodité d’usage propre aux outils modernes : il suffit désormais d’appuyer un bouton. Mais ce luxe n’est pas sans une lourde contrepartie.

Les perceuses électriques actuelles dépendent, à l’évidence, des énergies fossiles pour générer l’électricité qu’elles utilisent. Toute interruption dans la fourniture d’électricité rend une perceuse mécanique parfaitement inutile. L’action élémentaire de percer un trou serait alors rendue impossible, un comble étant donné qu’il y a moins de 100 ans cette opération pouvait être réalisé presque aussi rapidement qu’aujourd’hui sans aucune électricité.

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Vilebrequin en utilisation, 1942.

Les perceuses électriques dépendent par ailleurs des énergies fossiles pour la fabrication de leurs matériaux (essentiellement des plastiques) et de leurs composants électroniques, ainsi que de l’industrie minière qui extrait les ressources dont ils sont faits (dont des terres rares). Naturellement, les perceuses manuelles demandent elles aussi de l’énergie pour leur fabrication. Elles sont presque intégralement faites en fer et en acier, avec un revêtement en nickel. Mais une différence majeure doit ici être prise en compte ; même en considérant que l’énergie grise dune perceuse manuelle est équivalent à celle d’une perceuse mécanique, la première a une durée de vie bien plus élevée que la seconde.

Entretien et durabilité

Les outils manuels commercialisés dans les années 1870 et sauvés de la mise en décharge par des antiquaires ou des artisans nostalgiques peuvent toujours remplir leurs fonctions sans problème aujourd’hui, quand bien même ils seraient restés inutilisés pendant des décennies – un simple nettoyage (à l’essence) est requis. Ces outils ont été conçus pour durer dans le temps. D’autre part, la disponibilité constante des mêmes modèles sur plusieurs décennies garantissait la disponibilité des pièces de rechange associées.

Pour rester en bon état, une perceuse manuelle ne requiert quasiment aucun entretien. Il suffit de lubrifier l’outil de temps en temps. Il peut être nécessaire de changer les poignées en bois après des années d’utilisation intensive, mais c’est à peu près tout. Une perceuse électrique demande de son côté beaucoup plus de soin, étant composée de beaucoup plus de composants – dont certains par ailleurs plus fragiles.

L’outil électrique doit être ouvert régulièrement pour être nettoyé et graissé afin de fonctionner sans accros. Les balais carbone de contact doivent être inspectés régulièrement, et occasionnellement remplacés. Les circuits et câblages doivent être vérifiés. Dans le cas d’une perceuse filaire, le fil d’alimentation est susceptible d’être endommagé. L’outil doit être tenu à l’abri de la poussière, de la pluie ainsi que des fortes températures. Etc.

La probabilité d’un dommage ou d’une défaillance est donc bien plus élevée que pour un outil manuel. Or, comme il est généralement moins coûteux et plus simple de remplacer un produit high tech que de le réparer, la durée de vie d’une perceuse électrique ne dépassera jamais 100 ans. Elles continueront ainsi d’être fabriquée en série, encore et encore.

image L’ensemble des composants d’une chignole Millers Falls de 1903.

Même bien entretenue et utilisée pendant longtemps, une perceuse sans fil aura fréquemment besoin de nouvelles batteries, ce qui augmentera à nouveau la demande en énergie et en matériaux, ainsi que la dépendance à une infrastructure de transport pour leur livraison, dont on ne peut affirmer avec certitude qu’elle existera encore.

Silencieux, sans danger, adaptables, indulgents

Même en faisant abstraction des impacts énergétiques et environnementaux, les outils de forage manuel offrent plusieurs avantages réellement utiles. Ils sont plutôt silencieux, contrairement aux perceuses électriques dont le bruit peut atteindre jusqu’à 130 décibels. Leur indépendance vis-à-vis du réseau électrique et de batteries garantit de plus de pouvoir les utiliser aussi longtemps que voulu, sans être gêné par des fils toujours trop courts et des batteries qui ne durent jamais assez longtemps.

Les outils de forage manuels sont par ailleurs plus sécures que ceux électriques, et du fait de leur vitesse de rotation moindre et d’un contrôle plus direct, les corrections sont plus aisées à réaliser lors du perçage d’un trou (pratique pour les gens un peu maladroits comme moi). Évidemment, cette vitesse de rotation plus réduite peut être vue comme le (seul) défaut des perceuses manuelles. Elles peuvent effectuer toutes les opérations pour lesquelles nous avons aujourd’hui recours à des outils mécaniques – même si cela demandera plus de temps et un peu d’exercice physique – assez pour en rire. Le même constat vaut pour les grues à énergie humaine.

Low-tech ou high-tech ?

On a toujours tendance à comparer des solutions simples – comme les outils de forage manuel – à des machines contemporaines peu durables, et jamais aux outils qui les ont précédées. Les perceuses manuelles (vilebrequins, chignoles, etc.) sont effectivement low-tech si on les compare à des perceuses électriques. Pourtant, ce sont de vrais outils high-tech en comparaison des forets à archet, tarières et vilebrequins rudimentaires en bois. N’oublions pas que les chignoles, aujourd’hui méprisées, sont des produits de la révolution industrielle, et ne devraient par conséquent pas être tenues pour acquises. Disposer d’outils de forage manuel efficaces nécessite de l’acier de qualité, des usines de production en série, et de l’huile pour entretenir leurs engrenages.

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Machine à forer hydraulique. Source: Deutsche Fotothek.

Un dernier point. Rappelons que cet article n e traie que de l’histoire des outils et machines de forage manuel. À partir du Moyen-Âge, le forage et perçage était aussi réalisé en ayant recours à l’énergie animale, hydraulique et éolienne, et ne demandait lors aucun effort humain. Voir par exemple la machine à forer hydraulique ci-dessus, utilisée pour forer et aléser des tuyaux d’eau, en alternative à la tarière pour tuyaux décrite plus haut.

Les opérations de forage de grande envergure se généralisèrent à la fin du 19ème, conduisant à une nouvelle génération de machines-outils équipées de machines à vapeur et moteurs électriques. Aucune tentative d’améliorer les machines à forer existantes, qu’elles soient hydrauliques ou éoliennes, en y incluant des pièces interchangeables et de meilleurs matériaux, ne fut entreprise.

Kris De Decker

Sources

Outils de forage du 19ème siècle : :

Outils antiques et médiévaux, histoire générale :

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