L'article technique du mois

Alphonse SAGEBIEN
et la roue hydraulique qui porte son nom

Alphonse Eléonor Sagebien est né près d'Amiens en 1807. Très jeune, il entre à l'École Centrale des Arts et Manufactures et il en sort à 26 ans, en 1833. Il eut un cousin qui fut aussi un remarquable ingénieur. Jusqu'en 1848, il se consacre à la métallurgie : on lui doit la découverte des gisements de minerais exploités à la fin du XIXe siècle dans le Pas-de-Calais. Puis il passe à l'hydraulique et se passionne pour la construction et le perfectionnement des roues hydrauliques.
Il est l'inventeur d'une remarquable roue hydraulique : " la roue Sagebien? ", dont le rendement est considérablement augmenté par rapport aux roues hydrauliques courantes en particulier pour les basses chutes. Il ne quitta jamais Amiens où il s'occupa de moulins, d'usines hydrauliques et de papeteries. Il fut conseiller municipal d'Amiens pendant 10 ans de 1878 à 1888. Il y mourut en 1892.

Sagebien avait donc créé ce qu'il appelait les roues-vannes, fonctionnant plus par le poids de l'eau que par la vitesse du courant : elles étaient parfaitement adaptées aux faibles chutes mais nécessitaient des débits importants. Ces machines permettaient également une introduction de l'eau à des hauteurs variables en fonction du niveau de l'eau. La roue Sagebien eut un grand succès, on en trouve encore de nombreux exemplaires de toutes tailles en France, mais toujours dans des usines d'une certaine importance. Certaines sont impressionnantes comme celles de l'usine de l'Épau au Mans qui actionnaient les pompes destinées à fournir l'eau à la Ville du Mans. Mais la palme revient à la roue Sagebien du Moulin-pompe de Trilbardou en Seine-et-Marne. Cette station de pompage a pour but de prendre l'eau de la Marne pour alimenter le canal de l'Ourcq (envisagé sous Colbert, commencé sous Napoléon 1er) qui amène 400 000 m3 d'eau par jour à Paris. Réalisée en 1869, cette installation comprend une roue Sagebien de 11 mètres de diamètre et 6 mètres de large. Elle pèse 83 tonnes et nécessite un débit de 9 m3/seconde sous une hauteur de chute de 1,30 m. D'une puissance théorique maximum de 150 chevaux, elle peut développer une puissance de l'ordre de 125 chevaux.
Elle actionne quatre pompes volumétriques à double effet, construites par Delaye-Durit et Sibut d'Amiens. La transmission se fait par deux roues dentées de 5 mètres de diamètre qui portent les bielles des pistons. Les pompes permettre de relever de 12 mètres 27 000 m3 d'eau par jour. Nous avons un rendement de l'ensemble (roue+pompes) de 32 %.
On trouve dans la salle des machines, le pont roulant d'origine parfaitement entretenu. La roue a été rénovée plusieurs fois depuis sa première installation, la dernière fois en 1981. Le moulin-pompe de Trilbardou est un des rares exemples d'une installation industrielle, vieille de bientôt 150 ans et fonctionnant encore parfaitement, grâce au génie inventif de Alphonse Éléonor Sagebien.

La roue Sagebien est une roue de côté dont les aubes sont planes ; la couronne est très large et forme des sortes d'augets très profonds qui se rétrécissent vers l'arrière (figure 1). Les aubes ne sont pas fermées latéralement ; ce sont les bajoyers, murs encadrant la roue de chaque côté qui contiennent l'eau : un jeu de 3 à 8 millimètres existe entre les aubes et les bajoyers. L'admission de l'eau se fait par une vanne inclinée presque tangente à la roue au point d'admission. Elle s'ouvre en descendant de façon que l'eau s'écoule par déversoir avec le minimum de vitesse. Les aubages sont formés de madriers prenant appui sur des pièces en fer cornières appelés coyaux. Les coyaux sont réunis par des cercles en fer plat ou profilés constituant l'ensemble de la couronne montée sur un système de bras en U qui s'assemblent sur le tourteau de calage.

La roue Sagebien s'employait pour les faibles chutes : la roue du moulin de M. Plouard, à Eu, diamètre de 6,60 m, largeur de 4,30 m, utilisait une chute de 0,25 m ; celle de la papeterie de MM. Lacroix frères, à Angoulême, diamètre 7,00 m, largeur 4,00m, une chute de 0,45 m. Sa vitesse de rotation est très faible, de 1 à 2,5 tours/minute. Elle fonctionne à la façon d'un compteur de débit entre le bief amont et le bief aval. De ce fait, les pertes d'énergie par chocs, tourbillons et remous sont réduites au minimum ; le rendement obtenu est très élevé et atteint jusqu'à 80 % (90 % dans des conditions exceptionnelles).

L'emploi de la roue Sagebien était surtout indiqué pour les machines à régimes uniformes : pompes, minoteries, filatures, etc. A la mise en route, on débrayait les organes en prise, pour faciliter le démarrage.

Par contre ces roues sont lourdes et coûteuses. Elles doivent être parfaitement construites ; l'emboîtement dans le coursier doit être particulièrement soigné.

Le tableau suivant résume les conditions usuelles d'établissement des roues Sagebien :

Hauteur de chute en m 0,80 à 3	0,80 à 3 (en fait, usuellement 2)
Variation maximum du niveau d'aval et immersion de la roue, en cm	50
Épaisseur de la lame d'eau d'arrivée, en cm	20 à 100
Débit par seconde par mètre de largeur de la roue, en litres	800 à 1200
Maximum de largeur de la roue, en m	8 (usuellement 6)
Diamètre extérieur de la roue, en m	5 à 12
Profondeur des aubages (largeur de la couronne), en m	125 à 250
Remplissage des aubages	4/5 à 9/10
Nombre de tours/minute	1 à 2,5
Rendement de la chute, en %	80 à 90

Sources :

- Bulletin de la Société d'Encouragement pour l'Industrie Nationale Avril 1870 (Texte disponible par Internet)
- Expériences sur la roue Hydraulique Sagebien, par M. Sagebien - Librairie scientifique, industrielle et agricole - Paris - 1866
- René Champly -Encyclopédie Pratique des Constructeurs, T. XVI Moteurs à vent, Moteurs Hydrauliques, Moteurs électriques - 1930

La carcasse de la roue Sagebien du Moulin de Châteaurenaud, à Luxé, en Charente. Cette route avait été construite pour fournir l'électricité au village. Elle n'a que très peu fonctionné.

Les roues Sagebien exigeaient un train de transmission compliqué et puissant en raison de leur faible vitesse de rotation.

Sur la Sarthe angevine au milieu du 19e siècle, les anciens moulins furent remplacés par des minoteries de 1ère génération. Ce fut le cas à Morannes, en Anjou, au lieu-dit les Pendus : une minoterie s'installa avec une dizaine de paires de meules. Deux moulins traditionnels y furent maintenus, l'un sur la rive droite, l'autre au milieu de la chaussée. Pour fournir la force motrice à la nouvelle minoterie, des roues Sagebien furent installées. On en voit ci-contre un vestige. On notera que, parfois, sur la roue Sagebien (comme sur cette photo) l'inclinaison des aubes est supprimée de 12 à 15 cm à partir des extrémités pour éviter les broutements sur le coursier.
(C'est à Zuppinger -hydraulicien allemand-, qu'on doit une des améliorations de la roue Sagebien : la courbure en extrémité d'aubes pour améliorer la sortie d'eau dans le canal de fuite).

Fig. 1 - Le tracé de la roue Sagebien se fait selon l'épure de la figure 1 : le diamètre est sept à huit fois la hauteur de la chute d'eau, soit 6 à 12 m ; la hauteur des aubages doit être suffisante pour que l'eau ne pénètre pas dans le milieu de la roue, soit i+h/2, i étant la profondeur de l'eau en aval et h la hauteur de la chute. Ayant tracé le cercle de la roue de centre o, on mène au point d'immersion a une ligne ax faisant une angle d'au moins 30° avec l'horizontale ; du centre o, on trace un cercle tangent à ax et la ligne by tangente à ce cercle au partir du point d'immersion b , doit faire avec l'horizon un angle voisin de 45 degrés ; le rendement de la roue est d'autant meilleur que les aubes recevant l'eau d'amont sont plus rapprochées de la verticale, ce qui conduit à augmenter le diamètre de la roue pour améliorer son rendement.
(D'après Champly)

Fig. 2 - Si le débit du cours d'eau est à peu près constant, on laisse arriver l'eau sur toute la profondeur du canal d'amenée ; sinon, on met un vannage circulaire. On voit que la roue est contenue dans un coursier cylindrique en maçonnerie et elle est enfermée entre deux murs empêchant l'eau de l'échapper sur les côtés.
La distance d'une pale à l'autre, sur la circonférence (pas des aubes) doit être entre 30 et 40 cm, en général 40 cm.
(D'après Champly)