Neuf avaient été nommés, dix ont signé le rapport

Les sources sont quatre numéros du Journal of the Franklin Institute : mai 1864 pour la séance qui a créé le comité, novembre et le mois de janvier suivant pour les procès-verbaux mensuels, et janvier 1865 pour le rapport lui-même, qui va de la page 53 à la page 56. Tous sont dans le domaine public et numérisés sur Internet Archive. La reconnaissance optique des caractères altère les chiffres ; chaque nombre cité ci-dessous a donc été vérifié sur les images des pages.

En avril : neuf noms

La résolution a été proposée par Algernon Roberts et appuyée par C. T. Parry. Elle demandait un comité chargé d’étudier la question d’un système approprié de filetages, de têtes de boulons et d’écrous que l’Institut recommanderait à l’adoption générale par les ingénieurs américains. Le procès-verbal donne ensuite la composition du comité :

Neuf hommes. Retenez cette liste ; elle compte en décembre. Notez aussi qui n’y figure pas : William Sellers, dont la communication venait d’être lue, et Algernon Roberts, qui avait proposé la résolution créant le comité.

En octobre et en décembre : travaux en cours

À la séance mensuelle ordinaire du 20 octobre 1864, le procès-verbal accorde au comité une ligne, partagée avec un autre : les comités spéciaux sur les poids, mesures et monnaies des États-Unis et sur un système uniforme de filetages et de têtes de boulons ont fait état de l’avancement de leurs travaux. C’est toute la mention. Six mois après la lecture de la communication.

La séance du 15 décembre 1864 s’ouvre avec William Sellers, président, au fauteuil. Deux autres comités spéciaux font état de l’avancement de leurs travaux. Puis le comité spécial sur un système uniforme de filetages présente le rapport suivant.

Pourquoi le filet porte un méplat

Le rapport est surtout un argument sur l’outillage, et son passage le plus substantiel porte sur la forme du sommet. Un filet vif est la forme la plus simple et n’exige aucun outil spécial, mais sa vulnérabilité aux chocs, toujours grande, devient un problème sérieux sur les gros boulons. Il faut donc ôter quelque chose à la pointe. Reste à savoir quelle forme laisser.

Un sommet et un fond arrondis, écrit le comité, présentent des difficultés bien plus grandes. Tous les tarauds et les vis filetés au peigne ou au tour exigeraient une seconde opération pour les finir ou les arrondir. Et comme le rayon de l’arrondi doit varier pour chaque filetage, il serait impossible de réaliser un seul calibre valable pour toutes les dimensions, et très difficile, sans outils spéciaux, d’obtenir la bonne forme même pour une seule.

Puis le principe, énoncé sans détour :

Le sommet plat existe donc parce qu’un arrondi ne pouvait pas être contrôlé avec un seul calibre. Sa dimension est fixée selon la même logique : aussi petite que possible, juste assez pour protéger le filet, ce pour quoi un huitième du pas semblerait suffisant, laissant trois quarts du pas comme surface portante. Un huitième en haut, un huitième en bas, il reste trois quarts : c’est le calcul que fait la phrase.

Un filet asymétrique a été envisagé puis écarté. Un flanc perpendiculaire à l’axe donnerait la plus grande résistance avec le moindre frottement, mais ne porterait que dans un sens, et l’écrou devrait être taillé en conséquence ; le comité a donc classé cette forme comme exceptionnelle.

Soixante degrés, et pourquoi pas plus fin

Sur l’angle, le comité avance une raison mécanique puis, aussitôt, la vraie. Soixante degrés semblent remplir les conditions de moindre résistance par frottement alliée à la plus grande résistance, mais surtout parce que c’est un angle plus facile à obtenir que tout autre, et aussi d’usage plus général. C’est l’argument de Sellers lui-même dans la communication huit mois plus tôt, repris par le comité chargé de l’examiner.

Sur le pas, le comité part d’une observation à retenir : dans tous les cas, les filetages en usage sont plus résistants que leurs boulons. Une gamme plus fine semblait donc tentante. Trois éléments s’y opposaient.

• La fonte. Si le filetage se limitait au fer forgé ou au laiton, on aurait pu adopter une gamme plus fine, mais comme la fonte entre pour une si large part dans tous les travaux de mécanique, des filets plus fins pourraient ne pas constituer un progrès
• Le méplat avait déjà fait une partie du travail. Pour la hauteur du filet et la résistance du boulon, adopter un méplat au sommet et au fond revenait à réduire le pas d’un filet vif de 25 pour cent, ou à augmenter le nombre de filets au pouce de 33 pour cent. Les deux chiffres sont exactement réciproques, et le calcul est juste
• Les ateliers ne pouvaient pas tenir la précision. Des filets plus fins auraient exigé une exactitude supérieure à celle des machines de l’époque, pour éviter le risque de saut de filet, et la surface d’usure aurait diminué

Que la fonte rende la gamme plus grossière, c’est la raison que donne Whitworth en 1841 dans sa propre communication : les filetages dont il faisait la moyenne servaient dans la fonte comme dans le fer forgé, et cette circonstance les rendait plus grossiers qu’ils ne l’auraient été s’ils avaient été réservés au fer forgé. Deux comités, deux pays, vingt-trois ans d’écart, et le même matériau fixe la limite.

Et la même méthode, dans les mêmes mots

La phrase qui clôt l’argument sur le pas est celle à retenir : nous estimons que la pratique moyenne du monde de la mécanique se révélerait probablement mieux adaptée au besoin général que toute proportion fondée sur la seule théorie. Puis la méthode : nous avons pris quelque peine pour établir les proportions en usage, et soumettons ce qui suit comme étant, à notre jugement, une juste moyenne. (traduction)

C’est la méthode de Whitworth et presque sa formulation, que ce soit par rencontre indépendante ou non. Cette page rapporte le parallèle sans affirmer comment il s’est produit. Ce qu’elle établit, c’est que les trois documents fondateurs que ce site a désormais lus en entier recourent tous au même instrument. Interroger la profession, faire la moyenne et arrondir les valeurs malcommodes.

D’où vient la règle de la cote sur plats

Les résolutions comprennent les proportions des têtes et des écrous, et c’est là qu’une règle encore reconnaissable entre dans les archives.

Notre page sur la communication de Sellers rapporte que l’une des maisons de Philadelphie avait apporté à la séance d’avril des dessins portant une règle maison : la cote sur plats des têtes et écrous usinés valait une fois et demie le diamètre du boulon. Le comité a adopté cette règle maison et y a ajouté un huitième de pouce. Ce qui fixe aujourd’hui l’ouverture de clé d’un boulon, c’est un tableau et non une formule, mais voici la formule qu’il a remplacée, et l’une des maisons qui l’employaient siégeait au comité.

Comment elle devait se diffuser

La deuxième résolution est la plus intéressante, car elle nomme le mécanisme. Une copie des résolutions devait être adressée au Quartermaster General, au chef du Bureau of Steam Engineering de la Marine, aux chefs de l’artillerie de l’Armée et de la Marine, aux chefs du génie et du corps des chemins de fer militaires, ainsi qu’aux directeurs et chefs d’atelier des compagnies de chemins de fer, en leur demandant de favoriser l’adoption en exigeant de tous les constructeurs, dans tout nouveau contrat, le respect des proportions recommandées. Une troisième copie allait aux sociétés d’ingénieurs et aux principaux ateliers de machines et de moteurs.

La voie vers un filetage national passait par ceux qui signaient les contrats d’achat, et en décembre 1864 cela voulait dire l’Armée, la Marine et les chemins de fer. Cinquante-quatre ans plus tard, le même raisonnement a produit une commission fédérale comptant deux membres de l’Armée, deux de la Marine et un délai de six mois (en anglais). L’instrument n’avait pas changé.

Dix signatures

La dernière résolution dit que ce comité soit désormais déchargé. En dessous figurent les noms, chacun accompagné d’une maison.

Neuf avaient été nommés, dix ont signé. J. W. Murphy, qui avait été nommé, ne figure pas parmi les signataires. William Sellers et Algernon Roberts, qui ont signé, ne figuraient pas sur la liste d’avril. Roberts avait proposé la résolution créant le comité. Sellers était l’auteur de la proposition examinée et présidait la séance qui a reçu le rapport, et sa maison a fourni deux des dix signatures.

Nous avons lu tous les numéros de juin 1864 à janvier 1865 sans trouver de procès-verbal consignant un ajout ou un changement dans la composition du comité. Cette page rapporte ce que disent les deux documents et s’arrête là. Les procès-verbaux de comités du XIXe siècle sont souvent succincts, et l’absence d’une mention ne prouve rien en particulier.

Ce qu’un lecteur peut en retenir

• Le méplat du filet est une décision de calibrage. Un sommet arrondi exige un rayon différent pour chaque pas, un seul calibre ne pouvait donc pas servir à toutes les dimensions, et le comité voulait une forme que tout mécanicien puisse réaliser sans outil spécial
• Le méplat vaut un huitième du pas au sommet et au fond, laissant trois quarts du pas comme surface portante, et le rapport fait ce calcul dans la phrase même
• La fonte fixait la limite de finesse, à Philadelphie en 1864 exactement comme en Angleterre en 1841
• La cote sur plats valait une fois et demie le diamètre plus un huitième de pouce, reprise de la règle maison d’une entreprise membre, augmentée d’un huitième
• L’adoption devait passer par les achats, par les responsables des achats de l’Armée, de la Marine et des chemins de fer, un demi-siècle avant que le Congrès ne fasse de même

L’habitude à reprendre est celle que partagent les trois documents. Aucun ne prétend avoir trouvé la bonne valeur. Chacun dit, à sa manière, que la bonne valeur ne se déduit pas, puis va mesurer ce que la profession fait déjà.

Cet article traite de l’étape 2 : filetage. L’ordre complet est support, filetage, tête, empreinte, finition et documentation. L’article anglais Specifying a screw explique pourquoi le modifier entraîne une reprise.

Questions fréquentes

Qu’a conclu le comité du Franklin Institute de 1864 ?

Il a rendu son rapport le 15 décembre 1864 et a résolu que l’Institut recommande à l’adoption générale par les ingénieurs américains un filetage à flancs droits à 60 degrés, avec un méplat au sommet et au fond égal à un huitième du pas et une série de pas déterminée, ainsi que des proportions pour les têtes de boulons et les écrous. Il a ensuite résolu d’envoyer des copies aux responsables de l’Armée, de la Marine et des chemins de fer ainsi qu’aux sociétés d’ingénieurs, et que le comité soit déchargé.

Pourquoi le filetage Sellers a-t-il un sommet plat plutôt qu’arrondi ?

Pour des raisons de calibrage et d’outillage. Le comité a écrit qu’un sommet et un fond arrondis exigeraient une seconde opération pour finir les tarauds et les vis filetés au tour, et que, le rayon de l’arrondi devant varier pour chaque filetage, il serait impossible de réaliser un seul calibre valable pour toutes les dimensions. Il a posé le principe qu’un système uniforme serait facilité par une forme que tout mécanicien intelligent pourrait réaliser sans outil spécial.

Quelle part du filet est plate ?

Un huitième du pas au sommet et un huitième au fond. Le rapport dit que cette part doit être aussi petite que possible et juste suffisante pour protéger le filet, qu’un huitième du pas semblerait suffisant, et que cela laissera trois quarts du pas comme surface portante.

Pourquoi le comité n’a-t-il pas adopté un pas plus fin ?

Il donne trois raisons. La fonte entre pour une si large part dans tous les travaux de mécanique que des filets plus fins pourraient ne pas constituer un progrès, alors qu’une gamme limitée au fer forgé ou au laiton aurait pu être plus fine. L’adoption d’un méplat au sommet et au fond avait déjà produit l’équivalent d’une réduction de 25 pour cent du pas d’un filet vif. Enfin, des filets plus fins auraient exigé une exactitude supérieure à celle des machines de l’époque, avec un risque de saut de filet et une surface d’usure réduite.

D’où vient la règle d’une fois et demie le diamètre sur plats ?

De ce rapport, qui a résolu que la distance entre les faces parallèles d’une tête de boulon et d’un écrou soit, pour un boulon brut, d’une fois et demie le diamètre du boulon plus un huitième de pouce, et d’un seizième de pouce de moins pour les pièces usinées. L’une des maisons de Philadelphie représentées au comité avait apporté à la séance d’avril des dessins portant une fois et demie le diamètre comme règle maison.

Qui a signé le rapport de 1864 ?

Dix hommes, chacun avec une maison imprimée à côté de son nom : Wm. B. Bement, C. T. Parry, J. Vaughan Merrick, John H. Towne, Coleman Sellers, B. H. Bartol, Edward Longstreth, James Moore, Wm. Sellers et Algernon Roberts. Le comité nommé en avril comptait neuf noms ; J. W. Murphy, qui figurait sur cette liste, n’est pas parmi les signataires, tandis que Wm. Sellers et Algernon Roberts, qui ont signé, n’y figuraient pas.

Comment la recommandation devait-elle être adoptée ?

Par les contrats d’achat. Le comité a résolu d’envoyer des copies des résolutions au Quartermaster General, au chef du Bureau of Steam Engineering de la Marine, aux chefs de l’artillerie de l’Armée et de la Marine, aux chefs du génie et du corps des chemins de fer militaires, ainsi qu’aux directeurs et chefs d’atelier des chemins de fer, en leur demandant de favoriser l’adoption en exigeant de tous les constructeurs, dans tout nouveau contrat, de s’y conformer.

Références

• Journal of the Franklin Institute, janvier 1865, volume 49 numéro 1, pages 53 à 56 : procès-verbal de la séance mensuelle ordinaire du 15 décembre 1864 et rapport du comité spécial sur un système uniforme de filetages
• Journal of the Franklin Institute, mai 1864, volume 47 numéro 5 : la communication et le procès-verbal nommant le comité
• Journal of the Franklin Institute, novembre 1864, volume 48 numéro 5, page 356 : le comité fait état de l’avancement de ses travaux

Les quatre numéros utilisés ici sont dans le domaine public et ont été lus à partir du texte numérisé d’exemplaires d’Internet Archive, dont aucun n’est en accès restreint. La reconnaissance optique des caractères altère les chiffres sur ces numérisations ; chaque nombre cité ci-dessus a donc été vérifié sur les images des pages imprimées, en l’occurrence les pages imprimées 55 et 56 du numéro de janvier 1865. Cette vérification comptait : la couche texte donne l’équivalence comme 26 pour cent là où la page imprimée indique 25 pour cent, valeur qui en fait l’exact réciproque des 33 pour cent voisins. Aucune valeur du tableau des pas du rapport n’est citée ici, ce tableau étant gravement altéré dans la couche texte. Le parallèle entre les premières phrases du comité et la communication de Whitworth de 1841 est rapporté comme une observation textuelle après lecture intégrale des deux documents ; rien n’est affirmé sur son origine, ni sur une copie ou une influence. Sur la composition, cette page indique seulement ce que consignent le procès-verbal d’avril et les signatures de décembre, et que les numéros de juin 1864 à janvier 1865 ont été lus et ne contiennent aucun procès-verbal consignant un changement dans la composition du comité ; aucun motif ni aucune irrégularité n’est suggéré ou sous-entendu. Il n’est pas affirmé que ce rapport ait entraîné une adoption ultérieure, aucun document en ce sens n’étant disponible. La recommandation n’est comparée à aucune norme actuelle.