Roue à aubes

Article principal : Moulin à eau

L'Europe gréco-romaine

La technologie de la roue à eau était connue depuis longtemps, mais elle n'a été largement utilisée qu'au Moyen-Âge, lorsqu'une pénurie aiguë de main-d'œuvre a permis de rentabiliser des machines comme la roue à eau. Cependant, les roues à eau de la Rome antique et de la Chine antique ont trouvé de nombreuses utilisations pratiques pour alimenter des moulins destinés à piler des céréales et d'autres substances. Les Romains utilisaient des roues hydrauliques fixes et flottantes et ont introduit l'énergie hydraulique dans d'autres pays de l'Empire romain. Les Romains étaient connus pour leur utilisation intensive des roues hydrauliques dans les projets miniers, avec d'énormes roues hydrauliques de l'époque romaine que l'on trouve dans des endroits comme l'Espagne actuelle. Au 1er siècle avant J.-C., l'épigrammatiste grec Antipater de Thessalonique a été le premier à faire référence à la roue hydraulique.

La Chine antique

J.-C., les Chinois de la dynastie orientale des Han ont commencé à utiliser des roues hydrauliques pour broyer le grain dans les moulins et pour actionner les soufflets à piston lors de la fonte du minerai de fer.

Dans le texte connu sous le nom de Xin Lun, écrit par Huan Tan vers 20 après J.-C. (lors de l'usurpation de Wang Mang), il est dit que le légendaire roi mythologique connu sous le nom de Fu Xi était le responsable du pilon et du mortier, qui ont évolué en un dispositif de marteau basculant puis de marteau à percussion (voir marteau à percussion). Bien que l'auteur parle du Fu Xi mythologique, un passage de ses écrits donne à penser que la roue hydraulique était largement utilisée en Chine au 1er siècle de notre ère.

En l'an 31 de notre ère, l'ingénieur et préfet de Nanyang, Du Shi, a fait un usage complexe de la roue hydraulique et des machines pour actionner les soufflets du haut fourneau afin de créer de la fonte. En Chine, les roues hydrauliques ont trouvé des utilisations pratiques comme celle-ci, ainsi qu'un usage extraordinaire. L'inventeur Zhang Heng (78-139) a été le premier dans l'histoire à appliquer la force motrice pour faire tourner l'instrument astronomique d'une sphère armillaire, à l'aide d'une roue à eau. L'ingénieur mécanicien Ma Jun (200-265) a utilisé une fois une roue à aubes pour faire tourner un grand théâtre de marionnettes mécanique pour l'empereur Ming de Wei.

L'Europe médiévale et moderne

Les monastères cisterciens, en particulier, ont fait un usage intensif des roues hydrauliques pour actionner des moulins de toutes sortes. Un premier exemple de roue à aubes de très grande taille existe encore au début du XIIIe siècle au Real Monasterio de Nuestra Senora de Rueda, un monastère cistercien de la région d'Aragon en Espagne. Les moulins à grains (pour le maïs) étaient sans doute les plus courants, mais il y avait aussi des scieries, des moulins à foulon et des moulins pour accomplir de nombreuses autres tâches à forte intensité de main-d'œuvre. La roue hydraulique est restée concurrentielle par rapport à la machine à vapeur pendant une bonne partie de la révolution industrielle.

La principale difficulté des roues hydrauliques était leur inséparabilité de l'eau. Cela signifie que les moulins doivent souvent être situés loin des centres de population et loin des ressources naturelles. Cependant, les moulins à eau étaient encore utilisés à des fins commerciales bien avant le XXe siècle.

Les roues à aubes à dépassement et à contre-courant conviennent aux endroits où il y a un petit cours d'eau avec une différence de hauteur de plus de 2 mètres, souvent en association avec un petit réservoir. Les roues à aubes et les roues à aubes à reculons peuvent être utilisées sur des rivières ou des débits importants avec de grands réservoirs.

La roue hydraulique la plus puissante construite au Royaume-Uni était la roue hydraulique de 100 chevaux du Quarry Bank Mill près de Manchester. De conception très pointue, elle a été mise hors service en 1904 et remplacée par plusieurs turbines. Elle a maintenant été restaurée et est un musée ouvert au public.

Les barrages hydroélectriques modernes peuvent être considérés comme les descendants de la roue à eau, car eux aussi profitent du mouvement de l'eau en descente pour faire tourner une roue.