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Petite ­histoire de l’assemblage vissé

20 décembre 2017
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Texte: Alannah Eames

photo: Illustration: Kent Zeiron

À première vue, un assemblage vissé est un simple élément qui relie deux pièces. Pourtant, si l’on y regarde de plus près, on s’aperçoit que les boulons et les vis, en apparence insignifiants, sont beaucoup plus importants qu’on ne le pense. Sans eux, tous nos gadgets et toutes nos machines tomberaient en morceaux.

History of the bolt drawings

First published in Bolted #2 2012.

Les assemblages vissés figurent parmi les éléments les plus utilisés dans la construction et la conception de machines. On les trouve partout : qu’il s’agisse de vis dans les brosses à dents électriques et les gonds ou des énormes assemblages qui sécurisent les piliers de béton des immeubles. Pourtant, vous êtes-vous déjà demandé quelle était leur origine ?

Bien que l’histoire du filetage remonte à l’an 400 avant notre ère, les progrès les plus importants dans l’élaboration de la vis et du boulon actuels ont eu lieu au cours des 150 dernières années. Les experts ne sont pas tous d’accord sur les origines de la vis et de l’écrou. Dans son article intitulé « Nuts and Bolts », Frederick E. Graves indique que le concept de vis filetée et d’écrou compatible ne remonte qu’au XVe siècle. Il tire ses conclusions de la première trace écrite des vis que l’on trouve dans un livre du début du XVe siècle.

Cependant, Graves reconnaît que, si le boulon fileté date du XVe siècle, le boulon non fileté remonte à l’Empire romain où il était utilisé pour « barrer les portes, en tant que pivots pour ouvrir et fermer les portes et comme clavette de serrage : il s’agissait d’une barre ou d’une tige munie d’un trou dans lequel un coin était inséré de manière à ce que le boulon ne puisse plus bouger. » Il laisse également entendre que les Romains ont conçu la première vis fabriquée en bronze ou même en argent. Les filets étaient creusés à la main ou constitués d’un fil soudé autour de la tige.

D’après les recherches de Bill Eccles, expert en assemblages vissés, l’histoire du filetage des vis est beaucoup plus ancienne. Archimède (287 av. J.-C. – 212 av. J.-C.) avait déjà inventé le principe de la vis et l’a utilisé pour fabriquer des appareils destinés à faire remonter l’eau. Cependant, certains éléments indiquent que cette vis aurait été présente en Égypte avant l’époque d’Archimède. Elle était en bois et servait à irriguer les terres ainsi qu’à drainer l’eau de fond de cale des bateaux. « Toutefois, beaucoup pensent que le filetage de vis a été inventé aux alentours de l’an 400 avant notre ère par [le philosophe grec] Archytas de Tarente, souvent considéré comme le fondateur de la mécanique et contemporain de Platon », précise Bill Eccles sur son site Web.

L’invention du boulon s’est donc déroulée en deux étapes : le filetage remonte aux environs de l’an 400 av. J.-C. et était utilisé sur des appareils comme les spirales pour faire remonter l’eau ou les pressoirs à raisin pour le vin et les assemblages eux-mêmes ont été conçus il y a environ 400 ans.

Au XVe siècle, Johannes Gutenberg utilisait des vis pour fixer ses presses à imprimer. L’utilisation des vis s’est alors répandue et on les a appliquées à d’autres objets comme les horloges et les armures. D’après Frederick E. Graves, les carnets de Léonard de Vinci datant de la fin du XVe siècle et du début du XVIe siècle contiennent plusieurs dessins de machines à fileter.

Les chercheurs s’accordent tous sur un point : c’est la révolution industrielle qui a accéléré le perfectionnement de la vis et de l’écrou et leur a donné une place importante dans le monde de l’ingénierie et de la construction.
Dans son ouvrage intitulé « History of the Nut and Bolt Industry in America », paru en 1905, W.R. Wilbur indique que la première machine destinée à fabriquer des boulons a été créée en France en 1568 par Besson qui a ensuite inventé la jauge ou plaque de filetage utilisée sur les tours. En 1641, la société anglaise Hindley, de York, a amélioré l’appareil et son utilisation s’est généralisée.

De l’autre côté de l’Atlantique, on trouve des documents relatant l’histoire du boulon au Carriage Museum of America. Sur les véhicules construits au début du XIXe siècle, les écrous étaient plus plats et plus carrés que sur les voitures ultérieures pour lesquelles les coins des écrous étaient coupés et l’arrête de la vis taillée. À cette époque, la fabrication des boulons était complexe et fastidieuse.

Au départ, le filetage était creusé à la main mais il a rapidement fallu accélérer le processus de production en raison d’une augmentation importante de la demande. En 1760, au Royaume-Uni, J. et W. Wyatt ont créé un processus industriel de production de filetage. Toutefois, cette nouvelle étape a engendré un autre problème : chaque entreprise fabriquant ses propres filetages, écrous et vis, le marché était inondé de filets de tailles très variées ce qui posait problème aux fabricants de machines.

Ce n’est qu’en 1841 que Joesph Whitworth trouva une solution. Après des années de recherche passées à rassembler des vis de nombreux ateliers britanniques, il suggéra de standardiser la taille des filets de vis au Royaume-Uni afin qu’il soit possible, par exemple, de fabriquer une vis en Angleterre et un écrou à Glasgow et que ceux-ci soient compatibles. Il proposa que l’angle du flanc de filet soit normalisé à 55 degrés et que le nombre de filets par pouce soit défini pour différents diamètres.

Alors que l’on tentait de résoudre le problème au Royaume-Uni, les Américains faisaient de même et commencèrent par utiliser le filet de Whitworth. En 1864, William Sellers proposa un filetage de 60 degrés et divers pas de filetage pour plusieurs diamètres. Cela donnera le filetage unifié Coarse (gros filet) et Fine (filet fin). Le système américain présentait un avantage par rapport à celui des Britanniques : le fond et le sommet de leur filet étaient plats. Cela rendait la fabrication plus facile qu’avec la norme Whitworth qui prévoyait des fonds et des sommets arrondis. Cependant, le filet Whitworth offrait de meilleures performances sur les applications dynamiques et ses fonds arrondis amélioraient la résistance à la fatigue.

Au cours de la Première Guerre mondiale, l’absence d’homogénéité entre les filets de vis des différents pays s’est avérée un obstacle important à l’effort de guerre. Pendant la Deuxième Guerre mondiale, c’est devenu un problème encore plus grave pour les forces alliées. En 1948, les États-Unis et le Canada ont instauré le filetage unifié comme norme pour tous les pays utilisant le système impérial. Il utilise un profil similaire au filetage métrique du DIN conçu en Allemagne en 1919. Il s’agissait d’une norme qui associait le meilleur du filet Whitworth (un fond arrondi pour une meilleure résistance à la fatigue) et du filet Sellers (un flanc de filet de 60 degrés et un sommet plat). Toutefois, le rayon à fond de filet supérieur du filetage unifié s’est révélé plus avantageux que le profil métrique du DIN. Cela a donc abouti au filetage métrique ISO qui est désormais utilisé dans tous les pays industrialisés.

Les professionnels du secteur ont observé de nombreux ajustements des assemblages vissés au cours des dernières décennies. « Lorsque j’ai commencé à travailler dans l’industrie il y a 35 ans, la résistance des boulons n’était pas aussi bien définie qu’aujourd’hui, raconte Bill Eccles. Avec l’apparition des classes métriques modernes et l’actualisation récente des normes ISO applicables, la résistance des assemblages vissés et les méthodes permettant de tester leurs propriétés sont désormais beaucoup mieux définies. »

Avec l’évolution du secteur des matières premières, la structure des boulons a changé : auparavant fabriqués en acier, ils sont maintenant constitués de matériaux plus exotiques pour répondre aux nouveaux besoins de l’industrie.
Au cours des 20 dernières années, on a conçu des alliages à base de nickel qui peuvent résister à des températures extrêmement élevées, par exemple dans des turbocompresseurs ou des moteurs, face auxquels l’acier n’est pas aussi performant. Les dernières recherches sont principalement axées sur les boulons en métaux légers comme l’aluminium, le magnésium et le titane.

Les assemblages vissés ont beaucoup évolué depuis l’époque où les boulons et les vis étaient fabriqués à la main et où les clients n’avaient le choix qu’entre des produits de base. Récemment, des entreprises comme Nord-Lock ont considérablement amélioré la technologie des assemblages vissés en inventant par exemple des systèmes de blocage. Les clients peuvent choisir des rondelles recouvertes de paillettes de zinc ou en acier inoxydable, des écrous de roue conçus pour les jantes plates en acier ou des vis Combi bolt fabriquées sur mesure pour différentes applications. L’acquisition de la société américaine Superbolt Inc. et de l’entreprise suisse P&S Vorspannsysteme AG (devenue Nord-Lock AG) a permis d’ajouter au portefeuille de Nord-Lock des produits utilisés dans l’industrie lourde comme les plateformes offshore, l’énergie ou les mines, et représente une étape importante pour la société qui est en passe de devenir un véritable leader mondial de la sécurisation des assemblages vissés.

En outre, l’accent est davantage mis sur l’analyse des assemblages. « Auparavant, on décidait de la taille d’un assemblage uniquement d’après son expérience et on croisait les doigts pour que ça marche, explique Bill Eccles. Désormais, on s’attarde davantage sur l’analyse et on s’assure que tout fonctionne avant de fabriquer des produits et de les mettre sur le marché. »

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