Deux roues qui se touchent tournent-elles dans le même sens ? Que change une grande roue ? Trois expériences permettent de le vérifier, avec des engrenages de construction ou une maquette en carton préparée par l’adulte. Les fiches d’observation sont à imprimer.
Observer une transmission plutôt que faire tourner au hasard
Un engrenage transmet un mouvement de rotation par des dents qui s’emboîtent. L’atelier proposé observe des roues extérieures à axes parallèles. Deux roues directement en prise tournent en sens opposés. Une troisième roue intermédiaire inverse à nouveau le sens : la première et la troisième tournent alors dans le même sens.
Prévoir 30 à 40 minutes pour des enfants d’environ 7 à 11 ans, en binômes. L’un fait tourner lentement, l’autre observe un repère, puis les rôles changent. La séance commence par une prévision dessinée ; elle se termine en comparant ce qui était prévu et ce qui a été observé. Il n’est pas nécessaire d’utiliser un moteur.
Quel matériel choisir ?
Le plus simple est un jeu de construction avec roues dentées compatibles et axes bien fixés. Prévoir deux roues identiques, une petite et une grande dont le nombre de dents est connu, puis une troisième roue pour le dernier défi. Marquer une dent ou un rayon de chaque roue avec un petit repère de couleur.
Le PDF de quatre pages contient une fiche d’essais, trois schémas de transmission, une fiche de comptage et des réponses. Les dessins servent à observer et à prévoir ; ils ne sont pas des pièces mécaniques à découper. Le rapport exact entre deux roues se vérifie avec du matériel régulier dont on connaît le nombre de dents.
Une maquette en carton pour découvrir le principe
Pour une version de récupération, l’adulte prépare deux disques rigides avec un trou central et des bandes de carton ondulé. Décoller une peau du carton afin de dégager les ondulations. Coller une bande autour de chaque disque, relief vers l’extérieur, sans écraser les ondulations. Attendre la prise de la colle puis fixer les disques sur un support avec des attaches adaptées, protégées au dos.
Positionner les axes pour que les reliefs se rencontrent sans bloquer. Faire tourner doucement à la main. Si les roues sautent, réduire la pression ou reprendre leur alignement. La maquette montre une transmission approximative ; elle n’offre pas la régularité d’engrenages fabriqués avec précision. L’adulte réalise les perforations, découpes rigides et fixations. Écarter les petites pièces des enfants qui les portent à la bouche.
Expérience 1 : prévoir le sens de rotation
- Installer deux roues identiques et tracer une flèche de prévision sur la fiche.
- Faire tourner la première lentement dans le sens des aiguilles d’une montre.
- Regarder uniquement la deuxième roue et dessiner le sens réellement observé.
- Recommencer dans l’autre sens, puis échanger les rôles.
Demander « Où les dents se poussent-elles ? » plutôt que donner tout de suite la réponse. Si les deux roues tournent dans le même sens, vérifier qu’elles sont bien directement en prise : une courroie croisée ou un montage différent ne constitue pas la même expérience. Les doigts restent sur la face de la roue, loin de la zone de contact.
Expérience 2 : compter les tours
Choisir par exemple une roue de 12 dents et une roue de 24 dents compatibles. Placer leurs repères en position facile à retrouver. Faire exactement un tour avec la grande roue : la petite accomplit deux tours. Faire ensuite un tour avec la petite : la grande accomplit un demi-tour. Les deux roues gardent des sens opposés.
Le calcul se lit ainsi : tours de la roue menée = tours de la roue motrice × dents de la motrice ÷ dents de la menée. Avec 24 dents qui entraînent 12 dents, 1 × 24 ÷ 12 = 2. Ce rapport décrit le montage idéal sans saut de dent. Sur la maquette en carton irrégulière, privilégier une observation qualitative : la plus petite roue tourne généralement davantage pour un tour de la grande.
Ne pas demander à l’enfant de calculer tout en faisant tourner. Un partenaire suit le repère et compte, l’autre manipule. Commencer par un demi-tour de la grande roue, puis par un tour complet. Le tableau du PDF conserve séparément la prévision, le résultat et ce qui a gêné le comptage.
Expérience 3 : ajouter une roue intermédiaire
Installer trois roues en ligne, chaque voisine en prise avec la suivante. Faire tourner la première et dessiner les trois flèches. La deuxième tourne en sens inverse ; la troisième retrouve le sens de la première. Refaire l’essai en faisant tourner la roue de droite : la transmission fonctionne dans les deux directions dans ce montage manuel.
Avec des engrenages réguliers, la roue intermédiaire change le sens et la disposition, mais le rapport final de vitesse entre la première et la dernière dépend de leurs nombres de dents. Éviter d’étendre cette conclusion à tous les mécanismes : les roues solidaires sur un même axe, les engrenages intérieurs ou les courroies demanderaient d’autres observations.
Défis et bilan
Proposer trois missions : faire tourner deux roues finales dans le même sens ; obtenir deux tours en sortie pour un tour en entrée avec les pièces disponibles ; inventer une enseigne dont deux dessins tournent différemment. Le groupe doit pouvoir montrer son montage et expliquer une relation précise, sans réciter une définition.
Si une roue bloque, vérifier l’écartement, l’axe trop serré, une déformation du support ou une dent abîmée avant de conclure à une erreur de l’enfant. Une fiche avec « ça bloque » et un dessin du problème reste une observation utile. Pour prolonger les mécanismes à main, essayer une roue à eau ou une main articulée en carton.
Références et prolongements
- Questacon — Cardboard Cogs
- Pandacraft — manège et engrenages en carton
- La main à la pâte — montage avec des engrenages
À poursuivre sur AnimyJob : Moulin à eau maison : construire une roue qui tourne, Fabriquer une main mécanique en carton actionnée par des pailles, Fabriquer un moulin à vent sans épingle.
Supports originaux AnimyJob : copies autorisées pour vos séances. Âges et durées proposés à adapter au groupe.
