Un article de Savoir.

La brouette est un petit tombereau « à bras » (à énergie humaine). C'est l'outil ergonomique pour le transport de matériaux ou d'outils sur des terrains qui peuvent être accidentés mais nécessairement peu inclinés. Incontournable sur les chantiers, dans les fermes, ou dans les jardins, elle facilite le déplacement de lourdes charges. Le principe du levier associé à la position du centre de gravité vers l'aplomb du point d'appui (la roue), lui confère une réelle efficacité.

La brouette à deux roues présente une plus grande contenance, elle est plus stable et peut se conduire d'une seule main mais elle est très difficile, voire éprouvante, à mener sur les terrains accidentés tandis que la brouette à une roue se joue des irrégularités du terrain. Par ailleurs la place nécessaire pour manœuvrer la brouette à deux roues dépend de la largeur de l’essieu.

Sommaire 1 Etude technique de la Brouette 1.1 Sous-ensembles fonctionnels 1.2 Liaisons mécaniques des sous-ensembles 1.3 Variantes 1.4 Analyse critique des différents emplacements choisis pour la caisse 2 Plusieurs types de brouettes 3 Éléments d’histoire de la brouette 3.1 La question des origines 3.2 Une diffusion assez lente 4 Perspectives 5 Extensions linguistiques 6 Bibliographie 7 Liens externes

Etude technique de la Brouette

Sous-ensembles fonctionnels

La brouette se compose de cinq sous-ensembles :

1. Chassis : constitué de deux brancards solidarisés, fonction support de l'ensemble ;
2. Poignées : fonction préhension, commande et transmission de l'énergie : c'est l'interface utilisateur ;
3. Caisse : contenant du transportable, c'est la fonction outil (on appelle fonction outil la fonction du sous-ensemble qui en dernière analyse assure la fonction de l'ensemble) ;
4. Système roulant : permet le deplacement par roulement (frottements minimum) en supportant une partie de la charge ;
5. Pied (paire ou barre) : assure avec la roue, une base polygonale d'appui stable, pour les périodes d'utilisations statiques (chargement, par exemple).

Liaisons mécaniques des sous-ensembles

1. Chassis/Poignées : liaison complète, rigide, permanente. Constituées souvent par une simple modification de forme de l'extrémité des brancards ;
2. Chassis/Pied : Liaison complète, rigide, permanente ;
3. Chassis/Caisse : Liaison complète, rigide, parfois démontable (liaisons par vis) ;
4. Chassis/Système roulant : Liaison complète, rigide (parfois élastique : suspension), souvent démontable.

Note concernant le système roulant : il existe de nombreuses variantes ; une roue ou deux, dont l'axe est soit solidaire du chassis (la rotation de la roue se réalise au niveau de son moyeu), soit solidaire de la roue, la rotation se produit alors au niveau de paliers solidarisés au chassis (parfois même : simples trous directement dans le chassis). Dans quelques cas de produits de bas de gamme, l'axe est libre en rotation, et avec le chassis, et avec la roue.

Variantes

Selon les caracteristiques de l'ensemble brouette :

• Taille
• Matière : bois, acier, plastique.

Selon les caracteristiques des sous-ensembles :

• Caisse : monocoque ou à ridelles ; réelle ou fictive (fictive, si chargement direct sur le chassis : diable, brouette de gare) ;
• Roue : unique ou double ; à bandage ou à pneumatique.

Analyse critique des différents emplacements choisis pour la caisse

Pour comprendre l'importance de la géométrie de la brouette il convient de regarder comment, sur le plan statique se comporte ce système.

La première étude concerne le cas d'une brouette chargée tenue à l'arrêt sur un sol sans déclivité. L'équilibre du chassis de la brouette chargée nous amène à considérer trois actions mécaniques extérieures modélisables par des forces :

• le poids de l'ensemble constitué de la brouette et de son chargement, représenté par une force <math>\vec{P}</math> appliquée au centre de masse G ;
• l'action de la roue sur le châssis, représentée par une force <math>\vec{R}</math> appliquée au centre de la liaision C. Une étude préalable de la roue seule prouve que cette action est bien perpendiculaire au sol si la liaison pivot entre la roue et la brouette est parfaite (sans frottement) ;
• l'action du pousseur sur les poignées, représentée par une force <math>\vec{F}</math> appliquée au point M.

Les lois de Newton nous donnent alors 2 relations entre ces trois forces pour que l'équilibre soit respecté :

• La somme des forces est nulle : <math>\vec{P} + \vec{R} + \vec{F} = \vec{O}</math>

Comme le poids et l'action du sol sont verticales, nécessairement pour que l'égalité vectorielle soit possible, l'action du pousseur l'est aussi. Au niveau de la position du rouleur, l'équilibre est obtenu lorsque les articulations des épaules se trouvent dans un même plan vertical que les poignets et les appui au sol. Alors l'équation traduit le fait que la roue et le pousseur se partagent la charge.

<math>\vec{P} = -(\vec{R} + \vec{F})</math> soit en intensité <math> \ P\ =\ R \ + \ F </math>.

• La somme des moments est nulle. Dans l'étude, le centre de la roue C est choisi pour l'exploitation de la relation.

<math>M(\vec{P})/_{C} + M(\vec{R})/_{C} + M(\vec{F})/_{C} = 0 </math>

qui devient <math>M(\vec{P})/_{C} + M(\vec{F})/_{C} = 0 </math>

Ainsi l'équation nous renseigne directement sur le rapport en les intensités de <math>\vec{F}</math> et <math>\vec{P}</math>. Par conséquent il ne dépend que de la géométrie du problème, c'est à dire des distances a et b.

soit <math> a\ .\ P\ -\ b\ .\ F\ =\ 0 </math> ou encore <math> F = \frac{a}{b}\ .\ P</math>

Donc pour soulager le pousseur, c'est à dire réduire l'intensité de la force nécessaire pour soulever les poignées, il existe trois démarches :

• limiter la charge dans la brouette pour réduire P ;
• diminuer le rapport <math> \frac{a}{b}\ </math> soit en :
  • augmentant <math> b\ </math> c'est à dire en allongeant les brancards ce qui peut rendre l'engin moins maniable au delà d'une certaine longueur,
  • diminuant <math> a\ </math>, ce qui veut dire qu'à l'extrême il faut placer la roue sous la brouette. Ainsi si cette valeur est nulle, le pousseur n'a plus à forcer pour soutenir la charge : c'est exactement la géométrie adoptée sur les charettes à bras ou les rikchas indiens. Cette solution est également mise à profit avec le diable qui est généralement employé pour déplacer des charges lourdes et encombrantes. Cette solution impose une diminution de la taille de la roue pour que le seuil de chargement reste bas, ce qui rendrait la brouette plus sensible aux accidents du terrain du fait d'un équibibre plus précaire d'où l'adoption de deux roues pour le diable. Par ailleurs, la forme inclinée de la paroi avant de la caisse contribue à la diminution de <math> a\ </math> en rapprochant le centre de masse de l'avant : c'est une modification qui a été constatée dans l'évolution historique de l'engin.

À présent si la brouette est mise en mouvement, il faut ajouter à l'action du pousseur une composante parallèle au sol, égale à la quantité d'accélération (m.g). Le bras se penche alors dans le sens imposé de la marche. Cette poussée est indépendante de la géométrie de la brouette. Le problème serait le même avec un chariot.

Enfin lorsque la brouette est dans une pente, l'action du sol n'étant plus parallèle au poids, nécessairement l'action du pousseur est affectée ; on doit distinguer les cas de la descente et de la montée :

• dans une montée, les trois droites d'action mécanique se rencontrent au dessus du sol. Le pousseur doit se pencher en avant pour maintenir l'engin. Le cas représenté, très défavorable si on maintient l'assiette de la brouette, montre que l'intensité de l'action du pousseur reste toutefois raisonnable. Seule sa direction pose problème.
• dans un descente tout est inversé. A cela s'ajoute le problème du contenu, surtout s'il est liquide. Dans une montée on peut corriger l'assiette en soulevant la brouette, dans une descente cela n'est plus possible dès que les pieds touchent le sol.

Plusieurs types de brouettes

• 

  

  Une brouette moderne.
  Image:Brouette agricola.jpg

  Modèle de brouette dont la caisse est suspendue aux brancards.
  Dans le premier type, la caisse est située au-dessus des bras porteurs, ce qui constitue la meilleure solution d’un point de vue mécanique : c’est le type de brouette que nous connaissons tous aujourd’hui. Bien qu’apparemment facile à concevoir, l’étude des représentations les plus anciennes montre que la brouette a été longtemps mal construite, avec en particulier de mauvais reports de charge vers l’essieu (centre de gravité). Ce modèle serait plutôt caractéristique de l’extrême occident de l’Europe et du bassin méditerranéen. La forme de la caisse n’est pas non plus sans importance : la paroi avant doit avoir une inclinaison suffisante pour permettre un report efficace du centre de gravité vers la roue ; la brouette « anglaise » possède quant à elle une paroi fixe côté rouleur et se révèle mieux adaptée pour le transport des matériaux en vrac (terre, sable…).

• Dans le second type (à droite), la caisse est suspendue aux bras de levier ce qui ne permet pas de report de charge efficace vers la roue.
  Image:Diable.jpg

  Diable.
  Ce modèle est représentatif du centre de l’Europe, et en particulier de l’Allemagne. Une représentation est visible dans De Re Metallica de Georgius Agricola (Bâle, 1556).

• Le troisième type est parvenu jusqu’à nous et se constitue de bras réunis par des traverses sur lesquelles on pose les objets à transporter. Les dimensions de ceux-ci peuvent donc être plus importantes : c’est la brouette bien connue dans les gares ou encore le diable.

Éléments d’histoire de la brouette

La question des origines

En histoire des techniques, il est souvent dangereux de supposer forcément ancien ce qui paraît aller naturellement de soi : l’histoire de la brouette semble s’inscrire dans ce principe.

Étymologiquement, une brouette est un véhicule à deux roues (bi-roue-tte).

L'engin serait une invention chinoise du début de l'ère chrétienne, soit environ dix siècles avant qu'elle ne fasse son apparition en Europe. Cependant les sinologues restent souvent flous, voire contradictoires dans leurs affirmations ; les images sont souvent tardives. Le général Zhuge Liang, de la période des Trois royaumes (III^e siècle av. J.-C.) aurait ravitaillé ses armées avec des brouettes, tâche qui parait pourtant mal convenir à l'engin plutôt performant pour le transport de charges sur de courtes distances.

Dans les textes latins ou grecs il n’est jamais question de brouette, que ce soit chez les géomètres, les agronomes, les mécaniciens ou les architectes.

La première représentation date du milieu du XIII^e siècle et nous ne disposons ni de représentations figurées ni de textes précis antérieurs à cette date. La relative abondance des représentations dans la seconde moitié du XIII^e siècle laisse supposer une apparition dans la première moitié de ce siècle. Il existe même des légendes qui l’attribuent à un certain Dupin voire à Pascal, tous deux vers 1650. En fait on nommait « brouette » ou « vinaigrette » une chaise à porteur à deux roues apparue à cette époque (voir illustration) et l’invention en a été effectivement attribuée à Pascal, même si aucune source sérieuse ne le confirme.

Une diffusion assez lente

Malgré l’intérêt évident de l’engin, toujours utilisé dans les campagnes et sur les chantiers, la diffusion de la brouette semble avoir été assez lente comme le suggère des illustrations plus tardives où cohexistent encore le brancard et la brouette. Il se pourrait que la brouette (véhicule à une roue) n’ait pas été très répandue avant le XV^e siècle, date à partir de laquelle on constate nombre de mentions. Les « ingénieurs » de la Renaissance ne la mentionnent pas. En 1821, des agronomes français regrettaient qu’elle ne soit pas connue dans plusieurs régions françaises.

Si le principe de l'outil est resté le même, l'objet a connu quelques améliorations depuis, telles que la brouette motorisée, la brouette pliante ou la roue équipée d’un pneumatique.

Perspectives

La brouette constitue un objet d'étude singulier pour l'historien des techniques et pourrait avoir joué un rôle plus important qu’il n’y paraît en facilitant grandement les travaux de voirie et des champs.

L’analyse philologique proposée reste purement spéculative mais permet d’illustrer parfaitement le concept de « détour de production » qui est une des composantes de l'innovation telle que l’a décrit Bertrand Gille.

Le développement des nanotechnologies montre que le modèle continue d'inspirer les techniciens contemporains avec la nano brouette.

Extensions linguistiques

En rapport avec sa forme, la « brouette » est le nom d'une position amoureuse entre deux partenaires.

Bibliographie

• Petites questions et grands problèmes : la brouette. Bertrand Gille, La RECHERCHE en histoire des sciences, 1983 (ISBN 2-02-006595-9) ;
• Histoire des techniques. Sous la direction de Bertrand Gille, La Pléiade. 1978

Liens externes

• Catalogue Frankel 1928 (fichier PDF).
• Néo Brouettes, le seul site web total sur la brouette par Francis Mizio

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