13 juillet 2019 & centerdot; 11 min de lecture

Le vélo, tel que nous le connaissons aujourd’hui, n’a été inventé qu’à la fin des années 1800. C’était pourtant une simple invention mécanique. Cela ne semblerait pas nécessiter de brillantes idées inventives, et certainement pas de connaissances scientifiques.

Pourquoi, alors, n’a-t-il pas été inventé beaucoup plus tôt?

J’ai posé cette question sur Twitter, et Lisez quelques discussions sur Quora. Les gens ont proposé de nombreuses hypothèses, notamment:

  • Facteurs technologiques. Le travail des métaux s’est beaucoup amélioré dans les années 1800: nous avons obtenu une amélioration du raffinage du fer et finalement de l’acier bon marché, de meilleurs procédés de façonnage du métal et la capacité de fabriquer des pièces comme des tubes creux. Technologie de roue améliorée: les roues à rayons métalliques (ou à rayons tendus) ont remplacé les conceptions plus lourdes; du caoutchouc vulcanisé (1839) était nécessaire pour les pneus; les pneus gonflables n’ont été inventés qu’en 1887. Les chaînes, les engrenages et les roulements à billes sont tous des éléments cruciaux qui nécessitent des techniques de fabrication avancées pour la précision et le coût.

  • Itération de conception. Les premiers vélos étaient peu pratiques et dangereux. La première version n’avait même pas de pédales. Certaines versions n’avaient pas de direction et ne pouvaient être tournées qu’en se penchant. (!) Le fameux design « penny-farthing », avec son énorme roue avant, rendait impossible l’équilibre avec vos pieds, était enclin à basculer en avant lors d’un arrêt brutal et laissait généralement le pilote haut dans les airs, ce qui risque accru de blessures. Il a fallu des décennies d’itérations pour arriver à un modèle de vélo réussi.

  • Qualité des routes. Les routes dans les années 1800 et avant étaient terribles selon les normes modernes. Les routes étaient souvent de la saleté, ornée du passage de nombreuses charrettes, devenant boueuse sous la pluie. Le pavage en macadam, qui donnait des surfaces lisses aux routes, n’a été inventé que vers 1820. Les routes de la ville à l’époque étaient pavées, ce qui était bon pour les chevaux mais trop cahoteux pour les vélos (l’inégalité était apparemment une caractéristique, aidant au ruissellement des eaux usées – amenant une réponse de Quora à affirmer que la construction d’égouts de la ville était ce qui ouvrait la porte aux vélos.)

  • Concurrence des chevaux. Les chevaux étaient un mode de transport courant et accepté à l’époque. pourrait traiter toutes sortes de routes. Ils pouvaient porter de lourdes charges. Qui a alors besoin d’un vélo? À cet égard, il a été affirmé que le vélo a été inventé en réponse à des pénuries alimentaires dues à «l’année sans été», un événement météorologique de 1816 causé par l’explosion volcanique du mont Tambora l’année précédente, qui a assombri le ciel et abaissé Dans de nombreuses régions du monde, la crise agricole a entraîné la famine des chevaux et des personnes, ce qui a conduit à l’abattage de certains chevaux pour la nourriture et a rendu les chevaux restants plus chers à nourrir. Cela aurait pu motiver la recherche d’alternatives.

  • Croissance économique générale. De nombreux commentateurs ont souligné la nécessité pour une classe moyenne de fournir une demande pour une telle invention. Si tout ce que vous avez, ce sont beaucoup de paysans pauvres et quelques aristocrates ( qui, en passant, ont des chevaux, des voitures et des chauffeurs), il n’y a pas beaucoup de marché pour les vélos. C’est plus plausible quand on se rend compte que les vélos étaient plutôt un passe-temps pour le divertissement avant de devenir un moyen de transport pratique .

  • Facteurs culturels. Peut-être y avait-il simplement un manque général d’intérêt pour les inventions mécaniques utiles jusqu’à un certain point de l’histoire? Mais quand cela a-t-il changé et pourquoi?

Ce sont toutes de bonnes hypothèses. Mais certains d’entre eux commencent à fléchir sous la pression:

La qualité des routes est pertinente, mais pas vraiment la réponse. Les vélos peuvent être conduits sur des chemins de terre ou des trottoirs (bien que ces derniers aient conduit à des accrochages avec des piétons et aient rendu les vélos impopulaires au début auprès du public). Et historiquement, les routes ne se sont améliorées qu’après que les vélos sont devenus courants – en effet, il semble que ce soient en partie les cyclistes qui ont appelé à l’amélioration des routes.

Je ne pense pas que les chevaux l’expliquent non plus. Un vélo, d’après ce que j’ai lu, était moins cher à acheter qu’un cheval, et c’était certainement moins cher à entretenir (si rien d’autre, vous n’avez pas à nourrir un vélo). Et il s’avère que les inventeurs se sont intéressés au problème des véhicules à propulsion humaine, se dispensant du besoin de chevaux, bien avant le vélo moderne. Même Karl von Drais, qui a inventé le premier véhicule à deux roues à propulsion humaine après l’Année sans été, avait travaillé sur le problème pendant des années auparavant.

Les facteurs technologiques sont plus convaincants pour moi. Ils ont peut-être été nécessaires pour que les vélos deviennent suffisamment pratiques et bon marché pour décoller. Mais ils n’étaient pas nécessaires pour les premières expériences. Les cadres peuvent être construits en bois. Les roues peuvent être bordées de métal. Les engrenages peuvent être omis. Les chaînes peuvent être remplacées par des courroies; certaines premières conceptions utilisaient même des pédales au lieu de pédales, et au moins une conception entraînait les roues avec des leviers, comme sur une locomotive à vapeur.

Alors, quelle est la véritable explication?

Pour comprendre cela, j’ai creusé dans l’histoire du vélo.

Le concept de véhicule à propulsion humaine remonte à plusieurs siècles . La première référence que j’ai trouvée est celle de l’ingénieur vénitien Giovanni Fontana, qui au début des années 1400 décrivait une voiture à quatre roues propulsée par un conducteur tirant sur une boucle de corde reliée par des engrenages aux roues (on ne sait pas s’il a même tenté de construire une telle machine; Fontana a esquissé beaucoup de choses étranges).

Le moi de Giovanni Fontana  » chariot de conduite

Un autre concept ancien a été décrit dans le livre Bicycle de David V. Herlihy:

Il y a plus de trois siècles, l’éminent mathématicien français Jacques Ozanam expliquait les avantages théoriques d’une voiture à propulsion humaine « dans laquelle on peut se conduire où bon lui semble, sans chevaux. » Son propriétaire pouvait se promener librement le long des routes sans avoir à s’occuper d’un animal et pourrait même profiter d’un exercice sain dans le processus. De plus, ce type particulier de véhicule « autonome », contrairement à ceux qui nécessitent le vent ou la vapeur pour se propulser, fonctionnerait avec la ressource la plus abondante et la plus accessible: la volonté. Mais comment construire un véhicule aussi précieux? était le vingt-troisième d’une cinquantaine de problèmes «utiles et divertissants» qu’Ozanam identifia et aborda dans ses célèbres Récréations Mathématiques et Physiques, publiées en 1696.

Ozanam’s livre présentait une solution proposée par un autre inventeur: un autre chariot à quatre roues, entraîné par deux personnes (un pour diriger, un pour propulser le véhicule en montant et descendant sur de grandes pédales reliées aux roues par des cordes, des poulies et des engrenages).

Chariot à propulsion humaine dans les bibliothèques de l’Université Récréations Mathématiques Columbia

Il semble que pendant des siècles, la voiture ait été le modèle des véhicules à propulsion humaine. Divers inventeurs se sont essayés à des conceptions, et certains ont même été construits. Il y a un enregistrement dans un journal londonien d’une tentative en 1774 qui allait jusqu’à six milles à l’heure. L’inventeur français Jean-Pierre Blanchard (qui deviendra plus tard célèbre en montgolfière) a construit une voiture à propulsion humaine qui allait à une douzaine de kilomètres de Paris à Versailles. Un mécanicien américain nommé Bolton a construit une version en 1804 qui utilisait le levier mécanique des engrenages imbriqués. Vraisemblablement, toutes ces tentatives n’ont abouti à rien car les machines étaient trop grandes et trop lourdes pour être pratiques.

L’idée clé était d’arrêter d’essayer de construire un chariot mécanique, et plutôt de construire quelque chose qui ressemblait davantage à un cheval mécanique. Cette étape a été franchie par Karl von Drais susmentionné au début des années 1800. Drais était un aristocrate; il a occupé un poste de maître forestier à Baden qui lui aurait donné du temps libre pour bricoler. Ses premières tentatives, à partir de 1813, étaient des voitures à quatre roues comme leurs prédécesseurs, et comme eux n’ont pas réussi à gagner le soutien des autorités.

Mais en 1817 (peut-être motivé par la crise alimentaire susmentionnée et la pénurie de chevaux qui en résulte, bien que cela ne soit pas clair), il essaya à nouveau avec un nouveau design: un véhicule à deux roues pour une personne qui est un ancêtre reconnaissable du vélo moderne. Il était en bois, avec des pneus en fer. Il l’appelait la Laufmaschine, ou « machine à courir »; il n’avait pas de pédales et était à la place propulsé en poussant directement du sol avec les pieds. On l’appelait aussi le « vélocipède » (du latin pour « pied rapide ») ou la « draisine » (anglais) ou « draisienne » (français) du nom de son inventeur; une version améliorée réalisée par un carrossier londonien était connue en Angleterre sous le nom de « pedestrian curricle ».

Draisine c. 1820, Kurpfälzisches Museum, Heidelberg Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)

New-York Tribune, septembre 1894 Flickr / Karin Dalziel (CC BY-NC 2.0)

Sans pédales ni engrenages, ce proto-vélo ne pouvait pas atteindre la vitesse ou l’efficacité des conceptions modernes. Mais, comme les scooters encore utilisés par les enfants aujourd’hui, cela vous permettait de rouler, surtout en descente, et cela tenait votre poids lorsque vous avançiez. Drais a parcouru jusqu’à 12 miles par heure sur sa machine. Il est devenu une mode en Europe en 1818-1819, puis s’est estompé.Il semble que les raisons soient une combinaison du potentiel de blessure et de la gêne générale du public que ces choses soient conduites dans des zones piétonnes telles que des trottoirs et des parcs (certaines choses ne changent jamais; nous le répétons aujourd’hui avec les guerres de scooters en San Francisco et autres villes).

La prochaine avance de clé n’est survenue que des décennies plus tard, quand quelqu’un a mis des pédales sur le vélo. Il existe des revendications contradictoires concernant le premier inventeur (remontant à 1839), mais cela a été définitivement fait dans les années 1860 en France. En tout cas, c’est dans les années 1860 que le développement de la bicyclette prend son envol. Les pédales permettaient au pilote de propulser la machine plus rapidement et plus efficacement. Ce modèle a été fabriqué en France, d’abord avec des cadres en bois, plus tard avec du fer, et est devenu communément connu sous le nom de « boneshaker » (ce qui vous donne une idée de la difficulté de la conduite).

Michaux » boneshaker « , 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
 » The American Velocipede « , gravure sur bois par Theodore Davis, Harper » s Weekly, Dec 1868

À ce stade, cependant, il n’y avait toujours ni engrenages ni chaînes. Les pédales étaient fixées directement sur la roue avant. Cela a donné au pilote un petit avantage mécanique: c’est la même chose qu’un fixie avec un rapport de démultiplication de 1: 1 (par rapport aux rapports les plus couramment utilisés aujourd’hui qui sont plus proches de 3: 1). Pensez à ce que c’est que de pédaler sur un vélo qui tourne trop bas: vous pomper beaucoup les jambes sans aller très vite.

La seule solution était d’agrandir la roue, conduisant vers 1870 à la conception ridicule «penny-farthing» ou «high-wheel» avec l’énorme roue avant, que vous avez probablement vue et peut s’associer à la fin des années 1800. À peu près à cette époque, les bicyclettes étaient fabriquées avec des cadres en métal, des roues à rayons métalliques et des pneus en caoutchouc solide (pas encore gonflables). Cette conception a donné une conduite plus rapide et plus douce, car la grande roue absorbait mieux les chocs. Mais il fallait un équilibre acrobatique pour rouler, et comme indiqué ci-dessus, il était sujet à des déversements et des blessures désagréables, y compris « prendre une tête » si vous vous arrêtiez soudainement.

Vélo Penny-farthing Flickr / calitexican (CC BY-NC-SA 2.0)

Le troisième et la dernière avancée clé consistait donc à séparer les pédales de la roue.Des variations sur ce « vélo de sécurité », dont au moins une entraînée par des pédales et des leviers, ont été tentées à partir des années 1870 sinon avant. Le premier modèle à succès commercial, utilisant la conception familière de la manivelle et de la chaîne, a été produit en 1885 par John Starley. Enfin, en 1888, les pneus gonflables (pneumatiques) ont été introduits par John Dunlop, amortissant la conduite et éliminant le dernier avantage du penny-farthing.

Ainsi, à la fin des années 1880, les vélos avaient évolué pour devenir la forme que nous connaissons aujourd’hui, avec des roues, des pédales, des chaînes, des cadres métalliques, des roues à rayons et des pneus en caoutchouc (à peu près) de même taille.

Alors que pouvons-nous conclure?

Premièrement, le bon la conception n’était pas évidente. Pendant des siècles, les progrès ont été bloqués parce que les inventeurs essayaient tous de créer des voitures à quatre roues pour plusieurs personnes, plutôt que des véhicules à deux roues pour une personne. On ne sait pas pourquoi; certes, les inventeurs copiaient un mode de transport existant, mais pourquoi ne s’inspireraient-ils que du cheval et de la calèche, et non du cavalier? (Certains commentateurs ont suggéré qu’il n’était pas évident qu’un véhicule à deux roues équilibrerait, mais je trouve cela peu convaincant étant donné le nombre d’autres choses sur lesquelles les gens ont appris à équilibrer, des pirogues aux chevaux eux-mêmes.) C’est possible (je suis spéculant ici) que les premiers inventeurs mécaniques ont eu plus de mal à réaliser l’impraticabilité fondamentale de la conception du chariot parce qu’ils n’avaient pas beaucoup de principes d’ingénierie mathématique à appliquer, mais là encore, on ne sait pas ce qui a conduit à la percée de Drais.

Et même après que Drais soit tombé sur le design à deux roues, il a fallu plusieurs itérations, ce qui s’est passé sur des décennies, pour arriver à un design efficace, confortable et sûr.

Premiers modèles « velocipede », d’une encyclopédie allemande de 1887. De nombreux modèles ont été essayés Wikimedia Commons

Deuxièmement, les progrès des matériaux et de la fabrication étaient probab nécessaire pour un vélo commercialement réussi.Il est un peu difficile, d’où je suis, de démêler quelles avancées en matière de design ont été rendues possibles par de nouveaux matériaux et techniques, et qui n’étaient que des étincelles d’imagination inventive qui n’avaient pas été conçues ou développées auparavant. Mais le fait que les gens aient accepté de supporter la conception précaire des roues hautes me montre que les pneumatiques étaient cruciaux. Et il m’est plausible que le travail des métaux avancé ait été nécessaire pour fabriquer des chaînes et des engrenages petits et légers de haute qualité constante, à un prix acceptable – et qu’aucune autre conception, telle qu’une courroie ou un levier, n’aurait fonctionné à la place. Il est également plausible pour moi que les cadres en bois n’étaient tout simplement pas assez légers et solides pour être pratiques (je ne serais certainement pas impatient de faire du vélo en bois aujourd’hui).

Mais nous pouvons aller plus loin et demander les questions qui ont inspiré mon intérêt intense pour cette question en premier lieu. Pourquoi personne n’a-t-il même expérimenté les véhicules à deux roues jusqu’aux années 1800? Et pourquoi personne, à notre connaissance, n’a même envisagé la question des véhicules à propulsion humaine jusqu’aux années 1400? Pourquoi n’y avait-il pas de mécaniciens de vélos dans les années 1300, quand il y avait des horlogers, ou du moins dans les années 1500, quand nous avions des montres? Ou parmi les anciens Romains, qui ont construit des moulins à eau et des machines de récolte? Ou les Grecs, qui ont construit le mécanisme d’Antikythera? Même s’ils n’avaient pas de pneus ni de chaînes, pourquoi ces sociétés n’ont-elles pas au moins expérimenté des draisines? Ou même les conceptions de voitures qui ont échoué?

Pour même commencer à répondre à cela, nous devons nous rendre compte que cela fait partie d’un phénomène beaucoup plus large. J’ai posé la même question sur l’égreneuse à coton, qui, contrairement à la bicyclette, ne nécessitait pas de matériaux avancés: c’est une boîte en bois, un treillis métallique et un tambour avec des dents métalliques; en fait, c’était si simple qu’une fois le concept sorti, les propriétaires de plantations faisaient des copies frauduleuses à la main (privant Eli Whitney de la plupart de ses redevances de brevets). La même question peut être posée à toutes les inventions clés de la mécanisation textile; Anton Howes, un historien de l’économie qui est intervenu sur le fil Twitter lié ci-dessus, a noté à propos de la navette volante de John Kay:

L’innovation de Kay était extraordinaire dans sa simplicité . Comme le disait l’inventeur Bennet Woodcroft, le tissage avec une navette ordinaire avait été « effectué pendant plus de cinq mille ans, par des millions d’ouvriers qualifiés, sans qu’aucune amélioration n’ait été apportée pour accélérer l’opération, jusqu’en 1733 ». du bois et de la ficelle. Et il l’appliqua au tissage de la laine, qui avait été la principale industrie de l’Angleterre depuis le moyen âge. Il n’avait aucune compétence particulière, il n’avait besoin d’aucune connaissance particulière de la science pour cela, et il ne rencontrait aucune motivation particulière pour le faire. En ce qui concerne les institutions, la navette volante était techniquement illégale car elle économisait de la main-d’œuvre, le brevet a été immédiatement piraté par des concurrents en vain, et Kay a été contraint de déménager en France, chassé du pays par des tisserands en colère qui menaçaient sa propriété et même sa vie. Kay n’a fait face à aucune motivation particulière – il a même innové malgré de formidables barrières sociales et juridiques.

Il y a aussi d’autres histoires dans lesquelles une première tentative de inventer Cela a été démontré, l’idée n’a trouvé aucun soutien si elle n’était pas déjà pleinement viable, puis le développement a été abandonné pendant des décennies. Les premières expériences ratées de Richard Trevithick avec des locomotives me viennent à l’esprit.

À la lumière de cela, je pense que l’explication la plus profonde réside dans les facteurs économiques et culturels en général. En ce qui concerne les facteurs économiques, il semble qu’il faut un certain niveau d’excédent pour soutenir l’effort de recherche et développement à l’échelle de la culture qui crée des inventions. Notez que Karl von Drais était un baron qui avait apparemment un travail pépère et qui a inventé pendant son temps libre. Ceci est courant chez les chercheurs de cette époque: ils étaient souvent des aristocrates ou autrement riches indépendamment (et ceux qui n’avaient pas à se bousculer pour obtenir le soutien de riches mécènes). Aujourd’hui, nous avons des laboratoires de recherche dans les universités et les entreprises, ainsi que des capital-risqueurs pour financer le développement de nouveaux produits et services. Au moment où il devient clair qu’un certain type d’innovation pourrait être possible, plusieurs équipes sont financées et se bousculent pour la mettre sur le marché. Il n’y a plus d’écart de plusieurs décennies dans le calendrier de l’innovation, ou du moins beaucoup moins.

Si l’on considère les facteurs économiques du côté de la demande, un excédent semble également créer des marchés pour de nouveaux produits. Peut-être que le PIB par habitant doit juste atteindre un certain point avant que les gens n’aient même le temps, l’attention et l’énergie de penser à de nouvelles inventions qui ne mettent pas littéralement de la nourriture sur la table, un toit sur la tête ou une chemise sur le dos.

Enfin, il y a des facteurs culturels. Howes dit que «l’innovation n’est pas dans la nature humaine, mais est plutôt reçue.… Quand les gens n’innovent pas, c’est souvent simplement parce que cela ne leur vient jamais à l’esprit.”Joel Mokyr dit, de la même manière, que » le progrès n’est pas naturel « (et son livre sur ce sujet, A Culture of Growth, a contribué à inspirer ce blog). Je suis d’accord avec les deux.

Élucider pleinement ces aspects économiques et les facteurs culturels est un projet futur majeur de ce blog.

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