Théorie de la courroie
Poulies et courroies de transmission - Entraînement par adhérence

Les courroies sont des organes de transmission, au même titre que les engrenages ou les chaînes à rouleaux. Leur rôle est de transmettre la puissance d’un organe tournant à un autre, c’est-à-dire le produit d’un effort par une vitesse ou un couple.

Le principe de fonctionnement des courroies repose sur deux éléments principaux :

• une surface de contact, dont l’importance est fonction de son coefficient de frottement, permettant de prélever le couple de la poulie motrice, de le transmettre à l’armature de traction et, ensuite, de le restituer aux poulies réceptrices de la transmission ;

• une armature, capable de transformer l’effort tangentiel prélevé sur la poulie motrice en un effort longitudinal de traction entre les poulies.

La combinaison de ces deux éléments caractérise l’effort transmissible, celui-ci étant directement lié à l’absence de glissement du premier et à la résistance à la traction du second. C’est pourquoi, actuellement, ces éléments sont le plus souvent constitués, d’une part, d’un élastomère et, d’autre part, de fibres synthétiques.

Bien qu’organe mécanique, la courroie permet, en raison de sa souplesse, une certaine imprécision de réalisation qui évite d’avoir recours à des solutions très sophistiquées, donc beaucoup plus coûteuses. Mais si la courroie est la solution la moins chère pour une transmission (absence de lubrification), elle est aussi d’une application quasi universelle grâce à la combinaison de ses différentes possibilités :

• multiplication ou réduction du mouvement selon le diamètre des poulies ;

• variation de vitesse avec des poulies à flasques mobiles ;

• inversion du sens de rotation par croisement des brins ;

• transmission à axes non parallèles avec des galets de renvoi ;

• débrayage avec un galet tendeur escamotable.

Par ailleurs, le principe de fonctionnement autorisant un glissement en cas de surcharge, la courroie amortit les vibrations et absorbe les à-coups, tout en servant de fusible en cas de blocage d’un élément de la transmission. Phénomène souvent oublié lorsque le fusible a sauté, on a tendance à lui attribuer pour cause un défaut de fabrication alors qu’une destruction prématurée peut aussi traduire un défaut de conception de la transmission ; comme en électricité, il ne suffit pas de mettre un fusible plus résistant pour supprimer l’anomalie de fonctionnement. L’illustration privilégiée de ces caractéristiques est le machinisme agricole où pratiquement tous les mouvements sont assurés par des courroies.

Les courroies se sont considérablement améliorées depuis leur origine. Il y eut d’abord la courroie plate, toujours appréciée pour les vitesses linéaires élevées et les faibles diamètres d’enroulement. Puis la recherche constante d’amélioration des performances et de l’encombrement des transmissions a conduit à la création de la courroie trapézoïdale en 1900, mais il fallut attendre la production industrielle des matériaux synthétiques, fibres et élastomères, pour assister à la percée technologique de cette solution dans les années cinquante.

Actuellement, on peut dire qu’aucun domaine n’échappe à la courroie : de l’électroménager aux plus gros variateurs industriels, où une seule courroie de 100 mm de largeur supporte jusqu’à 100 kW. Et le plus remarquable est que la fiabilité a évolué dans le même sens que la capacité de transmission de puissance.

Lorsqu’une courroie est correctement déterminée et utilisée, son rendement est de l’ordre de 98 à 99 % ; mais si les conditions de fonctionnement diffèrent des conditions optimales, cette valeur peut descendre jusqu’à 80 %. On conçoit donc l’intérêt de calculer correctement une transmission par courroies.