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[Traduction de l'article et illustrations originales de Tom Nance, édités dans 'Ship In Scale', Volume XIV, N°5]


Machine à corder



Photo 1 : un moteur actionne la tête, qui entraîne trois cannettes.
Les torons issus des cannettes se rassemblent au niveau du petit piton
pour former le cordage, récupéré sur la bobine finale.

Après avoir passé des années assidues à sculpter les décorations compliquées d'un navire et s'être battu avec les milliers de joints bout à bout, les ourlets des voiles et les assemblages à mi-bois que rend nécessaire la construction d'une maquette, les modélistes exigeants ne sauront se satisfaire que d'une machine parfaite pour la confection de leurs cordages. Cela signifie que ceux-ci devront tout d'abord ressembler à de vrais cordages - ils devront clairement faire apparaître l'enroulement des torons composant celui-ci. C'est ce genre de détails qui sépare des cordages réalisés à l'échelle de ceux vendus dans le commerce et fabriqués en usine. Ensuite, les cordages doivent posséder les bonnes couleurs et les diamètres adéquats. Il est vrai que les couleurs ne sont plus vraiment un problème grâce au large choix de thés et cafés, mais dénicher des fils de diamètre exact pose des problèmes, sachant que les plus grands modèles exigent 6 ou 8 diamètres de cordages différents.
De nombreux kits de navires sont vendus avec d'excellents éventails de cordages à l'échelle. Des établissements tels que "Bluejacket Ship Crafters" ou "Model Expo" offrent une bonne sélection de cordages, bien que les choix de couleurs et de diamètres soient quelque peu limités. Certains modélistes achètent directement des fils à des magasins d'usine locaux; de telles recherches pour aboutir à la réalisation d'une maquette donnent un nouveau sens au modélisme "sticks and string" (littéralement "bâtons et ficelle").
Mais il existe également des bricoleurs de génie qui utilisent des machines à corder pour réaliser leurs propres cordages. Ce sont des machines qui assemblent les cordages en entourant des fils sur eux-mêmes. Deux exemples significatifs sont fournis par les modèles présentés dans un article de la Nautical Research Guild, "Constructing and Operating a Ropewalk for Ship Model Builders", par Eugene L. Larson, et dans le livre de C. N. Longridge "The Anatomy of Nelson's Ship". Harold M. Hahn décrit quant à lui des améliorations intéressantes du principe de base dans son livre "Ships of the American Revolution and their Models".


Photo 2 : l'engrenage central reste habituellement immobile,
alors que la tête et les autres roues tournent autour de lui.

Une machine à corder est donc une machine qui entoure sur eux-mêmes des torons (la plupart du temps des fils vendus dans le commerce) dans un sens et permet ensuite à l'énergie de torsion de se libérer en constituant un cordage qui se forme en tournant dans le sens opposé. Une propriété importante de la machine à corder est sa capacité à maintenir les torons séparés les uns des autres, puis enroulés selon un angle variant de 40 à 50 degrés (pour un cordage constitués de trois torons). Un angle d'enroulement supérieur à 50 degrés sera la cause de vrillages et de protubérances car les torons n'auront alors pas assez de place pour se disposer les uns à côté des autres. Un angle inférieur à 40 degrés aura pour résultat un cordage lâche qui aura tendance à se débobiner. La meilleure solution à ce problème est de disposer d'un bloc en forme de cône et placé entre les trois torons, juste avant le point où se rejoignent ceux-ci.


Figure 1 : Ce dessin illustre les mouvements relatifs des engrenages
en fonction du mouvement de la tête lorsque l'engrenage central est immobile.

Ce bloc, diversement nommé voyageur, toupie ou navette représente l'aspect le plus curieux d'une machine à corder conventionnelle. Il doit être maintenu en position entre les torons; cet impératif introduit donc des forces de friction et de poids supplémentaires dans le système. La plupart des modèles utilise la force du doigt pour maintenir ce bloc en place. A moins que ce bloc ne soit guidé par une main experte, le résultat est un cordage irrégulièrement bobiné. Le mouvement du bloc affecte grandement l'apparence finale du cordage. Il est très difficile de le déplacer régulièrement et avec douceur le long du cordage en cours de constitution. L'utilisateur doit équilibrer le mouvement du bloc et le moment de rotation appliqué au cordage. Si le bloc se déplace trop lentement, ou s'il y a trop de frottements au niveau du crochet libre, le cordage sera "sur-bobiné", ce qui entraînera des vrillages et protubérances sur le cordage final. Si son déplacement est trop rapide, le bobinage du cordage est trop lâche. Longridge admet ce problème et propose comme solution l'entortillement et le frottement du cordage, une fois celui-ci ôté de la machine à corder. Il appelle ce processus le "renforcement du cordage".
La difficulté pour créer un cordage régulièrement enroulé réside entièrement sur la création et la libération complètement imprévisible de l'énergie de torsion des torons. En d'autres termes, le bobinage n'est pas une action directe de la machine, mais est plutôt une réaction passive à une force appliquée aux torons. La solution de Hahn au problème est de motoriser le crochet libre.
Une autre difficulté de la machine à corder est sa capacité à créer une longueur de cordage limitée. 45 à 60 cm est la limite supérieure d'une machine à corder traditionnelle. Les cordages au-delà de cette longueur ont tendance à pendre et s'emmêler, empêchant toute utilisation de la machine. Le problème de l'espace de travail se pose également; la machine devant être aussi longue que les torons initiaux. Alors qu'une première estimation de 60 cm semble être une valeur raisonnable, cette longueur devient une entrave lorsque de longues aussières doivent être bobinées à partir de cordages déjà préparés. La modification de la machine originale par Harold Hahn résoud ce problème, mais au prix de nombreux réglages manuels.


Photo 3 : Le trajet du toron permet de bénéficier de la tension nécessaire
et le dernier coude à 90° au bout de l'axe de la cannette l'empêche de
s'entortiller avant ce point précis.

La machine à corder rotative décrite dans cet article résoud tous ces problèmes. Elle fait tourner sur eux-mêmes et torsade simultanément les torons de manière active, sans qu'il soient sujets aux aléas des forces de friction et d'inertie. Le cordage ainsi fabriqué est étroitement et uniformément bobiné et la longueur finale de cordage est uniquement dictée par la longueur de torons dont l'opérateur pourra garnir les bobines. L'encombrement de la machine n'est que de 20 x 60 cm et celle-ci ne mesure que 20 cm de haut. Le moteur qui l'anime provient d'un tour ou d'une fraise Sherline. Il faut moins d'une minute pour démonter le moteur du tour et l'installer sur la machine à corder.
Une des caractéristiques excitantes de cette machine est qu'elle permet de fabriquer des cordages possédant un cordage central. A cause du fait que les torons composant le cordage se réunissent en un point de l'espace stationnaire par rapport à la machine, l'utilisateur est capable d'introduire un quatrième toron au milieu des trois autres. Ce toron supplémentaire peut être un quatrième fil permettant de réaliser un cordage à quatre torons, mais il peut également s'agir d'un fil permettant d'atteindre un diamètre de cordage désiré ne pouvant être produit à l'aide des torons disponibles. Encore plus intéressante est la possibilité d'insérer au centre du cordage fabriqué un fil métallique. Les cordages à échelle réduite ne possédant pas la même souplesse que leur homologues réels, il est difficile de leur donner des formes réalistes. Des cordages à âme métallique peuvent être exactement mis en forme et pliés dans la position désirée.
Cette machine à corder utilise le même principe de création des cordages que les machines traditionnelles. Elle fait tourner des torons dans une direction tout en les bobinant sous forme de cordage dans l'autre direction. Les torons sont embobinés sur des cannettes, elles-mêmes montées sur des axes faisant partie d'une tête rotative de 14 cm de diamètre. Les torons sont guidés entre les cannettes et l'endroit où ils se rejoignent, en avant de la tête. Lorsque la tête tourne, les cannettes tournent dans le sens opposé, enroulant les torons sur eux-mêmes. Le mouvement rotatif de la tête bobine les torons entre eux pour former le cordage. Celui-ci est ensuite enroulé sur une bobine réceptrice, et une nouvelle longueur de torons est dévidée des cannettes.


Photo 4 : La cannette et son axe.

La tête est constituée de deux disques de 14 cm de diamètre découpés dans une plaque d'aluminium de 6 mm d'épaisseur. L'un d'eux possède une gorge creusée dans son épaisseur afin d'y loger la courroie servant à son entraînement. L'aluminium utilisé pour la fabrication des disques n'a en soi aucune importance. Du contreplaqué, une plaque de plexiglas, voire du carton peuvent faire l'affaire (pendant un moment). Un axe en bronze traverse les disques de part en part, aussi la matière première employée pour la confection de ces disques est-elle laissée à l'entière discrétion du constructeur.
Entre les deux disques sont placés sept engrenages; un engrenage central, trois pignons intermédiaires et trois engrenages pivots liés à des cannettes. La photo 1 montre la disposition des engrenages ainsi que les mouvements de chaque pièce. Les engrenages intermédiaires sont disposés autour de l'engrenage central et espacés de 120 degrés. Leurs homologues pivots sont placés à l'extérieur, le long du même axe. Les axes des engrenages intermédiaires maintiennent les deux disques séparés. Ces axes sont fixes et servent donc également de séparateurs entre eux. L'engrenage central est fixé à son axe, autour duquel tourne les disques. Cet axe principal n'est pas non plus fixé à la base de la machine, mais est libre. Cet arrangement peut en surprendre certains, mais c'est la clef de tout le système, et cela permet une grande marge de manœuvre dans le contrôle de la machine. Si l'axe tournait à la même vitesse que la tête, aucun engrenage ne tournerait. Si l'axe était maintenu immobile alors que la tête tourne, les cannettes entraînées par les engrenages pivots externes tourneraient dans le sens opposé à celui de la tête.
Ainsi doit se dérouler le mouvement permettant de constituer le cordage : la tête tourne dans un sens, bobinant les torons, pendant que les cannettes tournent dans l'autre sens, embobinant le cordage sur lui-même. En offrant à l'axe principal la possibilité de tourner dans un sens ou dans l'autre, un contrôle important est possible sur le moment de torsion appliqué aux torons. A l'autre extrémité de l'axe principal est placé un petit disque adapté à la main de l'utilisateur. Si celui-ci relâche le disque et permet ainsi à l'axe principal de tourner librement, les cannettes cesseront de tourner et aucune rotation ne sera appliquée aux torons, bien que ceux-ci soient toujours embobinés pour former le cordage. S'il tient fermement le disque, les cannettes torsaderont les torons à une vitesse égale au rapport défini par les engrenages. La plupart du temps, l'utilisateur aura tendance à tenir fermement le disque et laisser la machine faire son travail seule. En fait, s'il détecte des torsions excessives au niveau des torons, il pourra soit relâcher le disque, soit le laisser tourner dans sa main à une vitesse intermédiaire. Pour augmenter le degré de torsion des torons, il lui faudra tourner le disque dans le sens opposé à celui de la tête.
Le rapport principal d'engrenage est celui qui existe entre l'engrenage central et les engrenages intermédiaires. La taille des engrenages externes n'entrent pas en ligne de compte dans le fonctionnement de la machine, mais ne servent qu'à déterminer le diamètre de la tête et le mouvement rotatif des cannettes. Le rapport entre l'engrenage central et les engrenages intermédiaires et de 2 pour 1. J'aurais cru qu'un rapport de 2,1 pour 1 ou 2,33 pour 1 eût été plus approprié, surtout après avoir lu les remarques de Hahn concernant sa machine. Quoi qu'il en soit, après la construction de cinq prototypes, dont chacun expérimentait un rapport différent, j'ai découvert que 2 pour 1 était le rapport correct. J'ai été surpris de me rendre compte que la nature pût être aussi raisonnable et obligeante. Il est intéressant de noter qu'un rapport de 2 pour 1 entraîne un rapport de 1 pour 1 entre la rotation des cannettes et celle du cordage final. Pendant que les cannettes tournent deux fois sur elle-même par rapport à la tête, pour chacune des rotations de la tête, elles ne tournent qu'une seule fois par rapport au cordage. Un tour est perdu à cause du mouvement rotatif des cannettes autour du cordage.


Photo 5 : Le cordage est constitué dans le petit piton.
Le grand piton assure un angle de formation constant du cordage.

Les cannettes sont maintenues sur leur axe grâce à une rondelle et un écrou, mais sont libre de tout mouvement. Le fil est dévidé de la cannette et guidé via deux œillets jusqu'à une petite boucle à l'extrémité de l'axe. Ce cheminement provoque la quantité suffisante de tension nécessaire pour maintenir le toron tendu sans l'empêcher de se dévider de la cannette. Ce cheminement particulier empêche également le toron de se torsader avant d'atteindre la boucle en bout d'axe. Une fabrication antérieure laissait le toron se torsader dès la sortie de la cannette, et il en résultait un engorgement au niveau de celle-ci.
A la sortie des boucles d'extrémité des trois axes, les torons sont amenés vers un point à environ 5 cm en aval de la tête, où ils passent au travers de l'oeil d'un grand piton, ensuite dans celui d'un tout petit, puis sont enfin guidés vers la bobine de récupération. Ces deux derniers pitons sont les éléments clef de la machine. La tension des torons étant juste suffisante pour les maintenir tendus, il est extrêmement difficile de s'assurer de l'exacte égalité des tensions de chaque toron. Si l'un d'entre eux est plus tendu que les deux autres, il se transformera en toron central autour duquel s'entoureront les deux autres, au lieu d'être en présence d'une torsion harmonieuse. La meilleure façon de surmonter ce problème est de se dégager de ce problème de tension. C'est la mission des deux pitons.
En présence d'un déséquilibre dans les tensions, le point de création du cordage va s'éloigner de sa position théorique et "descendre" en direction du toron le plus tendu. Ce déplacement ne peut s'effectuer que jusqu'à l'emplacement du plus petit piton, dont le diamètre n'est qu'à peine supérieur à celui du cordage désiré et dont le rôle est d'empêcher les torons de se chevaucher. On pourra remarquer que ce petit piton n'est pas collé dans son support, ceci afin de permettre de le remplacer par des homologues de diamètres différents en fonction du cordage fabriqué.
Le grand piton possède deux propriétés. Sa position obligeant les torons à changer légèrement d'angle en le traversant, il égalise ainsi les différences de tensions. Il positionne aussi les torons afin que ceux-ci s'assemblent en respectant un angle correct. Ce grand piton est placé entre la tête et le petit piton, à une distance de ce dernier égale à son propre rayon. Cette disposition force les torons à s'embobiner selon un angle de 45 degrés, valeur située dans la fourchette d'angles de bobinage.
Comme indiqué précédemment, la conception de la machine permet d'introduire un toron central dans le cordage. Ce toron doit être introduit au niveau du bobinage des torons externes, mais les torons s'enroulant entre eux au point théorique de formation du cordage semblent empêcher tout accès à ce point particulier. Il y a pourtant un accès possible à cette zone : l'axe principal. Il est constitué d'un tuyau de cuivre ou de laiton à paroies épaisses. Cela fournit un tunnel au travers duquel un toron ou un fil métallique peuvent être glissés et incorporés au cordage fabriqué, si cela est nécessaire.
La machine à corder nécessite l'emploi d'un moteur, car les deux mains de l'utilisateur sont occupées. L'une d'elles actionne la bobine réceptrice et l'autre est requise par le petit disque situé en bout d'axe. La tête effectuant des rotation à une vitesse inférieure à 100 tours/minute, il est nécessaire de disposer d'un ensemble de réduction ou d'un variateur de vitesse. Le moteur du tour Sherline possède cette propriété. Un support simple et économique permettant l'utilisateur d'un tel moteur est incorporé à la machine. Le moteur d'une perceuse à vitesse variable peut également être employé, mais un support un peu plus compliqué devra alors être construit.


Photo 6 : L'utilisateur maintient la roue afin que l'engrenage central soit immobile
ou tourne celle-ci dans un sens ou l'autre pour augmenter ou diminuer le taux de bobinage du cordage.

Une poulie à gorge de 2.5 cm de diamètre et fixée sur l'axe du moteur est tirée d'une plaque de laiton, percée en son centre et taraudée pour une vis de 10 mm. Ce dispositif permet à cette poulie de s'adapter sur l'axe du moteur, où elle est maintenue par le même type de vis que sur le tour. Une courroie en "polycord" et disponible aux établissements Small Parts Incorporated permet l'entraînement de la machine.
La construction de la machine est, pour la plupart des pièces, très simple. Le seul élément qui risque de poser problème est l'usinage des disques principaux. Si l'utilisateur dispose d'une fraiseuse et d'une table rotative, cet usinage est un jeu d'enfant qui peut être exécuté en moins d'une heure. Quoi qu'il en soit, en ne disposant que d'outillage à main et d'une perceuse sur colonne, les choses peuvent empirer rapidement. Le problème est que, à l'issue de l'usinage, sept engrenages doivent être coordonnés les uns avec les autres. Si vous avez déjà utilisé des engrenages, vous savez que l'on travaille avec des marges d'erreur très faibles.
Il existe une autre version des disques principaux qui n'est pas très élégante, mais qui possède l'avantage de pardonner des erreurs de construction. Cette solution comporte des poulies et des courroies réglables au lieu d'engrenages. Une grande poulie est fixée à l'axe principal. Trois poulies sont fixées sur les axes correspondants. Leur taille importe peu. Une poulie finale dont la taille vaut la moitié de la poulie centrale est enfilé sur l'un des axes. Une courroie de 6 mm de large relie la poulie centrale et cette poulie finale. Une autre courroie passe par la périphérie des trois poulies et les relie ensemble. Le principe et le fonctionnement de cette version de la machine est identique à son homologue équipée d'engrenages décrite dans cet article. La seule différence est qu'elle pardonne davantage les erreurs de construction.
Un élément que j'ajouterai probablement dans le futur et un dispositif pour alimenter les cannettes. Pour l'instant, je les place sur une vis de 6 mm et fixe celle-ci dans le mord de mon tour afin d'alimenter ceux-ci en fils. Il reste beaucoup d'espace juste devant le moteur, je pense que la courroie d'entrainement pourrait également être utilisée pour entraîner un autre axe sur lequel les cannettes pourraient être montées et chargées.
Une autre direction que j'aimerais explorer un jour est l'automatisation de l'entraînement de la bobine réceptrice. Si celle-ci cesse son mouvement, le point de création du cordage s'éloigne du petit piton en direction de la tête. Si l'on tourne à nouveau la bobine réceptrice, le point de formation du cordage reprend sa place. Je pense que cette particularité pourrait être exploitée en plaçant le petit piton sur le bras d'un micro-contact qui contrôlerait le fonctionnement d'un moteur entraînant la bobine réceptrice.
Les dessins de la machine et la notice de construction sont disponibles dans le répertoire de Yahoo! abritant les fichiers du forum "Ships In Scale".



Plans de la machine à corder