D’où je suis assis, la terre est plate. Le sol qui s’étend sur toute la longueur de l’unité dans laquelle se trouve mon hackerspace est plat, le tablier en béton derrière lui sur lequel nous testons nos Hacky Racers est plat, et malgré quelques ondulations du terrain, il reste plat lorsque je remonte la route en direction de Stony. Stratford.
Bien sûr, Hackaday n’a pas perdu la tête et a rejoint les théoriciens du complot, la terre est bel et bien sphérique comme cela a été connu et prouvé à de multiples reprises depuis l’Antiquité. Mais mon observation triviale faite dans une partie humide du Buckinghamshire tient toujours ; que pour une valeur d’appartement donnée, sans tenir compte de quelques bosses du sol, mon coin de la ville anglaise de Milton Keynes est plutôt plat. Ce qui mène d’une discussion philosophique à une discussion d’ingénierie, si je peux raisonnablement décrire une zone de la taille d’une ville sur une sphère de la taille de la Terre comme plate, à quel point une surface doit-elle être plate pour être considérée comme plate ? Et de là découle une histoire fascinante sur l’évolution de l’usinage de précision.
La précision commence par quelque chose de plat
L’histoire des machines-outils remonte à l’Antiquité, dans la mesure où de simples tours ont été découverts dans les archives archéologiques de plusieurs régions du monde. Il existe une industrie qui survit à peine en utilisant des tours rudimentaires assez près de là où j’ai grandi, les bodgers de chaises dans les collines anglaises de Chiltern utilisent des tours à poteaux temporaires qui enroulent une corde autour de la pièce à tourner et l’équilibrent contre l’élasticité d’une branche d’arbre. pour transformer les pieds de chaise en bois traditionnels.
Mais ces machines et leurs descendantes plus raffinées, bien que très efficaces pour produire les objets tournés qu’elles fabriquent, ne sont pas des outils de précision. Les dimensions du pied de chaise du bodger dépendent de son œil et de son habileté plutôt que de la machine elle-même, car il lui manque le plateau plat d’un tour de machiniste moderne comme base de référence pour son outillage. Comme la ville de Milton Keynes mentionnée ci-dessus, il est facile de créer quelque chose qui semble assez plat, mais il reste difficile de créer quelque chose qui soit suffisamment plat pour pouvoir être utilisé comme référence à partir de laquelle usiner d’autres choses. La méthode permettant de créer une surface véritablement plane sans autre à laquelle la comparer est donc l’une des innovations les plus significatives de l’histoire de l’ingénierie et mérite certainement qu’on s’y arrête.
Planéité sans outillage de précision
Le problème auquel est confronté quiconque s’attaque à la fabrication d’une surface plane est qu’en utilisant un outil sur une pièce de matériau, que ce soit une pierre frottée contre une autre, un rabot sur une pièce de bois ou une lime sur une pièce de métal, le travail la pièce reflétera les imperfections de l’outil et de la technique.
Il n’est donc pas trop difficile de réaliser quelque chose qui ressemble assez plat, mais le résultat ne sera pas vraiment plat. Frottez deux morceaux de pierre ensemble et ils deviendront lisses par exemple, mais il est probable qu’ils tendront à ce que l’un devienne concave et l’autre convexe. Le problème de la création d’une surface véritablement plane de cette manière a été résolu dans les années 1830 par Joseph Whitworth, celui des filetages standard Whitworth, qui, au lieu de tester deux surfaces l’une contre l’autre, en utilisait trois.
L’idée était qu’en disposant d’un jeu de trois plaques et en les testant tour à tour par paires, il pourrait éliminer les erreurs de l’une affectant l’autre. En enduisant les surfaces avec du bleu d’ingénieur, un colorant, il pouvait superposer une surface contre une autre, laissant les zones dans lesquelles il y avait un espace entre elles en bleu. Il pouvait ainsi usiner les couches là où le colorant bleu avait été usé et répéter le processus sur chacune des autres plaques tour à tour, jusqu’à ce qu’il se retrouve avec trois surfaces parfaitement planes qui pourraient servir de standards dans ses machines-outils. C’est nécessairement un processus lent, comme vous pouvez le voir dans cette vidéo, mais sa beauté est qu’il peut être réalisé sans outillage de précision.
Il n’y a probablement pas beaucoup d’inventions qui pourraient être revendiquées comme étant à la base d’autant d’autres que les surfaces planes de Whitworth sans être plus largement connues en elles-mêmes. Mais la précision que sa technique a apportée à chaque pièce d’ingénierie ultérieure perdure aujourd’hui, et son élégance réside dans sa simplicité. Dans chaque ingénieur se cache un métrologue, et c’est dans des choses comme la méthode des trois plaques de Whitworth que la mienne trouve son épanouissement.
Image d’en-tête de la plaque de surface : Rrudzik, CC0.
