Hippotese, Le cheval de Travail

Le second chariot dynamométrique du professeur Edgard V. Collins (voir ci-dessous)

En 1921, le professeur Edgard V. Collins, de la Station Agricole Expérimentale de l'Iowa State College de Ames, a débuté des tests pour déterminer la capacité de travail des chevaux.

Il est parti des travaux de James Watt qui a défini le "horse power" (cheval-vapeur) en 1782 correspondant à un travail équivalent à 33 000 pieds-livres effectué en une minute.
La puissance d'un cheval (en Cheval Vapeur) est donc calculée en multipliant la force agissant en livres par la vitesse à laquelle il se déplace en pieds par minute, divisée par 33 000.

Par exemple, si un cheval exerce une force de traction de 175 livres (80 kg) tout en se déplaçant à une vitesse de 2,5 miles par heure (4 km/h) soit 220 pieds par minute (67 m/mn), la puissance développée est de 175 fois 220 ou 38 500 divisée par 33 000 soit 1.1/6 CV.

Mais E.V. Collins s'aperçoit que contrairement à l'opinion générale, l'estimation de Watts de la capacité de travail d'un cheval basé sur ses tests n'était pas d'un cheval-vapeur, comme il en a établi l'unité, mais seulement des deux tiers de celui-ci.

Ceci est expliqué par le paragraphe suivant tiré du U.S. Bureau of Standards Bulletin No. 34 : L'unité de puissance du cheval-vapeur utilisée à l'heure actuelle pour mesurer le travail effectué par les machines, a été créé par James Watt, à qui on attribut le premier moteur à vapeur commercial.
Quand Watt a commencé à proposer sa machine sur le marché, il a été nécessaire d'avoir une unité de mesure pour définir sa capacité. Comme les chevaux étaient les "moteurs animés" les plus utilisés à l'époque, il était naturel que le "travail-moteur" de la machine soit comparé à celui des chevaux.

L'expérimentation de Watt et Boulton pour fixer la valeur du horse-power (cheval-vapeur) : "Trad. : Premier appareil utilisé pour tester la puissance des chevaux"

Cette unité de mesure de la puissance a été définie expérimentalement par Watt et son partenaire d'affaires, Boulton.
Ils ont emprunté des chevaux de trait lourds à la brasserie Barclay et Perkins à Londres et les ont fait tirer horizontalement un poids du fond d'un puits profond, avec une corde passant sur une poulie.

Ils ont déterminé qu'un cheval pouvait soulever commodément un poids de 100 livres (45 kg) attaché à l'extrémité de la corde en marchant au rythme de 2 milles et demi par heure ou 220 pieds par minute (4 km/h). Soit 220 x 100 = 22 000 pieds-livres/mn.
Cependant, Watt, afin de tenir compte de la friction dans son système et pour une "bonne mesure", a ajouté 50 pour cent à cette quantité, établissant ainsi 33 000 pieds-livres par minute, ou 550 pieds-livres par seconde la valeur du cheval-vapeur et donc l'unité de puissance.

NDLR1 : Il est à noter que le Cheval-vapeur n'est plus une unité du système métrique actuel (système SI).
NDLR2 : Le Horse-Power (hp) anglais vaut 746 w et le Cheval-Vapeur français (abréviation : ch et pas CV qui est le cheval fiscal) vaut 735,5 w

E.V. Collins décide donc de réaliser ses propres mesures en inventant des appareils de mesure plus efficaces.
Car bien que des dynamomètres soient déjà disponibles à cette époque, ils ne mesuraient que la force nécessaire pour déplacer une charge.
Or cette force varie en fonction de l'état de surface sur laquelle la charge est tirée et la force nécessaire pour démarrer la charge est aussi beaucoup plus grande que celle requise pour le maintenir en mouvement.

Afin de mesurer avec précision la force de traction d'un cheval, le professeur Collins a dû concevoir une machine qui a besoin de la même force de traction au démarrage et pour se maintenir en mouvement.

Trad. : Méthode simple pour appliquer une charge uniforme au cheval central.

Il construit un système simple de traîneau à poids tiré par 3 chevaux, mais dont seul le cheval central est testé.
Quelque soit l'état du terrain, le cheval central tire toujours le même poids, mais par contre, on doit mobiliser 3 chevaux pour en tester un seul.

Collins décide alors de réaliser un chariot-dynamométrique qui permettra de tester une paire de chevaux (les américains attellent quasi exclusivement en paire) sur une grande distance et à l'allure du pas ou du trot.

Le premier chariot dynamométrique.

E.V. Collins a commencé avec un châssis d'un "International Harvester Auto Wagon" avec le moteur, la boîte et la carrosserie enlevés, mais en conservant le système de transmission et les freins.

Photo d'un International Harvester (IH) Auto Wagon de 1909.

De chaque côté, un palonnier était attaché à un câble coulissant sur des poulies jusqu'à l'arrière du chariot, à l'extrémité duquel était suspendu un poids.

Quand une paire de chevaux était attelée aux 2 palonniers et qu'elle tirait, les poids montaient dans leurs guides verticaux jusqu'à ce qu'ils buttent en fin de course et que le chariot se mette à avancer.

Pour maintenir la charge constante et les poids en position centrale sur les guides, une certaine résistance au mouvement du chariot était cependant nécessaire.

"Trad. : Schéma de principe de la machine utilisée pour tester les chevaux dans un travail de charge normale."

Pour fournir cette résistance, une pompe rotative a été montée de sorte qu'elle soit entraînée par une poulie et une courroie fixée sur l'essieu du véhicule. L'entrée de la pompe était raccordée au bas d'un réservoir de 10 gallons (autour de 40 litres). Un autre tuyau partait du haut du réservoir jusqu'à une vanne de régulation rotative puis à la sortie de la pompe.

Cette vanne, lorsqu'elle était fermée, empêchait la circulation du fluide et la rotation de la pompe, bloquant efficacement les roues du chariot.

La soupape était reliée aux poids de sorte que lorsque les poids se trouvaient au bas de leur course, la soupape était fermée et les roues étaient bloquées, offrant une résistance maximale au mouvement vers l'avant. Au fur et à mesure que la paire de chevaux tirait, les poids montaient, ouvrant graduellement la soupape, jusqu'à ce qu'en haut de leur course, la soupape soit grande ouverte et le chariot roule facilement.

Une fois réglé correctement, le chariot devait se déplacer juste assez vite pour maintenir les poids suspendus pendant le déplacement.

"Trad. : Dynamomètre construit pour tester les chevaux dans un travail de charge normale."

La chose n'a pas très bien fonctionné au début, mais après plusieurs essais et modifications, le dynamomètre a rempli sa mission.
Avec cette machine, l'effort de traction requis de chaque cheval, ainsi que la capacité d'une paire à tirer continuellement une charge sur une longue période, pouvaient être testés.

Il a ainsi été mesuré que les chevaux pouvaient, sans fatigue excessive, exercer un effort de traction d'un dixième à un huitième de leur poids (70 à 75 kg pour un cheval de 700 kg) tout en parcourant un total de 20 miles par jour (33 km).

Un second chariot-dynamométrique.

Une deuxième machine plus grande et plus lourde a été construite sur le châssis d'un camion à quatre roues motrices "Nash Quad" dont le moteur a été remplacé par une grosse pompe rotative. La pompe était entraînée par les quatre roues via la transmission du camion et les arbres d'entraînement (fig 5).

"Trad. : Schéma du premier Chariot-Dynamomètrique construit pour déterminer l'effort maximum d'une paire de chevaux. Cette machine est brevetée et appartient au collège (Iowa State College de Ames)."

On a fixé des poids en béton au bout d'un câble unique tiré par un palonnier double. Ce dynamomètre pouvait fournir une résistance à la traction de 4100 livres (1900 kg).

Dans une thèse écrite en 1924, Kenneth J. Maltas, un étudiant de l'Iowa State, décrit la seconde machine : "Quand une paire commence à tirer sur le câble, les roues sont pratiquement verrouillées, de sorte que la première action est d'élever les poids. Lorsque ces poids atteignent un certain point, un bras qui est relié aux guides ouvre automatiquement une soupape du côté refoulement de la pompe et celle-ci offre alors très peu de résistance à la rotation des roues" fig6.

"Trad. : Chariot-Dynamomètrique construit pour tester l'effort maximum de traction d'une paire de chevaux (ici présenté à une manifestation)."

Lorsque les roues sont déverrouillées, le chariot dynamométrique avance automatiquement juste assez vite pour maintenir les poids suspendus.

La hauteur à laquelle les poids sont soulevés n'a aucune importance, tant qu'ils ne frappent pas le haut ou le bas des guides et fournissent une mesure précise de la traction exercée par les chevaux.

L'état de surface du sol sur laquelle le chariot dynamométrique roule na pas d'influence sur la traction. La charge de départ n'étant évidemment pas supérieure à celle requise pour maintenir la machine en action.

A suivre dans un prochain billet...