Comment fonctionne un ascenseur ?

Bien que très utilisé dans le monde, l'ascenseur reste un appareil dont le fonctionnement est peu connu. Aussi, cet article se penche sur le sujet et en explique la composition. Il s'accompagne aussi de liens et de vidéos pour approfondir le sujet.

Histoire et applications de l'ascenseur

Considérés comme les ancêtres de l'ascenseur, divers monte-charges ont été créés dès l'Antiquité afin de transporter les matériaux nécessaires aux constructions. Celui inventé par Ctésibios, au IIIème siècle avant J-C, fonctionnait en utilisant de l'eau sous pression. En 1743, le Machiniste du Roi Jean-Jacques Renouard de Villayer développe un modèle destiné cette fois au transport de personnes, notamment de la duchesse de Châteauroux dans le château de Versailles. Mais les dispositifs mis en place restent encore mécaniques et demandent à ce qu'ils soient actionnés par les utilisateurs ou un machiniste. C'est également le cas du premier ascenseur à usage public, construit en 1829 dans le Coliseum de Regent's Park à Londres.

Encore peu fiable, ce n'est qu'en 1854 que l'inventeur Elisha Otis développe le frein parachute permettant de ralentir la descente de l'ascenseur. Cela permet aussi de stopper sa chute en cas d'accident. Ainsi, un modèle transportant jusqu'à 450 kilos à une vitesse de 20 centimètres par seconde prit place pour la première fois dans un grand magasin en 1857, puis dans immeuble new-yorkais en 1859. Par ailleurs, la société "Otis Elevator Company" crée par l'inventeur existe encore aujourd'hui et appartient au groupe "United Technologies".

L'histoire de cet appareil poursuit alors son court en Europe en changeant de mode de fonctionnement et en adoptant son nom définitif, donné par l'ingénieur Félix Léon Edoux en 1864. Ce dernier a posé les bases de l'ascenseur hydraulique utilisant la pression de l'eau de la ville. Suivront les ascenseurs électriques de Werner von Siemens en 1880, puis celui des frères Otis et de Léon Edoux pour la Tour Eiffel en 1889. Il faudra toutefois attendre 1924 pour se passer des machinistes appelés "liftiers".

À l'heure actuelle, des monte-charges sont encore utilisés dans divers domaines d'activités pour l'élévation de charges lourdes ou de matériel. Bien que de nouvelles générations d'ascenseurs apparaissent avec les avancées technologiques de ces dernières décennies, le frein parachute et le système hydraulique sont toujours largement utilisés. Ce moyen de transport se retrouve dans les paysages urbains tout autour de la planète et est le plus usité au niveau mondial. Au-delà de ses usages pratiques, il se retrouve également dans le domaine touristique, offrant des vues panoramiques à partir du sommet de monuments à la hauteur très élevée.

Composition et fonctionnement de l'ascenseur

Les explications suivantes se focalisent essentiellement sur le fonctionnement des ascenseurs hydrauliques. Cependant, les dispositifs dits "à traction électrique" sont semblables à la différence que l'utilisation de l'eau a été en partie remplacée par celle d'éléments électroniques.

• La gaine

Conduit contenant la cabine de l'ascenseur ainsi que les câbles et les mécanismes. Dans le cas des modèles modernes se passant de salle des machines, le moteur plus réduit est directement intégré dans la gaine.

• La cabine

La cabine est l'habitacle dans lequel les usagés voyagent. Si les premiers ascenseurs ne pouvaient contenir que 5 à 6 personnes, certains modèles actuels ont une capacité de 30 personnes. Elle peut aussi être réalisée en verre afin d'offrir des vues panoramiques sur certains paysages. Elle possède des portes avec un système d'ouverture sécurisée, un système d'appel et d'affichage des paliers. Elle est disposée sur un piston et glisse sur des câbles créant des rails de circulation.

• Le piston et le vérin

Comme une seringue, ces deux éléments régulent le passage de l'huile ou de la solution aqueuse. Par pression du liquide dans la colonne du vérin, le piston monte dans celle-ci et pousse la cabine pour l'élever. Dans le cas de bâtiments très hauts, le piston peut être télescopique afin de se déployer et de parcourir davantage d'étagères. La colonne et le piston devant être de même hauteur que les étages parcourus, ces éléments étaient souvent enterrés dans le sol. Aussi, le piston télescopique permet d'éviter cette manœuvre.

• La vanne

Elle régule le liquide dans le vérin. Ouverte, le liquide est poussé dans la colonne par le poids de la cabine qui redescend. La vanne évacue le liquide vers un réservoir, afin que la pression ne soit pas trop forte dans la colonne, ce qui ferait remonter la cabine. 

• Les guides

Ce sont les câbles sur lesquels est attachée la cabine. Ils servent de rails pour guider la cabine dans la gaine, sans qu'elle n'en touche les parois. Enroulés dans des gorges afin de ne pas glisser tout seul, ces câbles ou courroies sont eux-mêmes reliés à la cabine et au contrepoids.

• Le contrepoids

Masse plus lourde que l'ascenseur, elle représente l'équivalent du poids de la cabine et la moitié de sa charge maximale. 

• Mouflage

Le mouflage est le système de poulies pour démultiplier la force d'origine, installé à la suite des câbles retenant la cabine. Il est fini par le piston, qui est solidaire de la roue mobile du mouflage. Ainsi, le câble parcourt jusqu'à deux fois la distance d'élévation du piston.

• Le frein parachute

Sorte de mâchoire située en haut de la gaine, il est solidaire de la cabine et d'un câble formant une boucle. Le câble passe par un limiteur de vitesses qui bloque le câble de la poulie, en cas de dépassement. En cas de danger, le câble tire sur la mâchoire qui se referme sur les guides, en les bloquant. Ainsi, la cabine est arrêtée dans sa course.

• Les portes sécurisées

Elles débloquent l'ouverture de la porte sur le palier des étages. Des loquets de sécurité (butées) sont placés sur la surface extérieure des portes de la cabine. Lorsqu'elle atteint l'étage demandé, les loquets s'insèrent dans le système d'ouverture sur le palier. Ainsi, les portes sécurisées des étages ne peuvent pas s'ouvrir sur une gaine vide. 

• Le moteur

Il se situe dans une salle des machines tout en haut ou au sous-sol du bâtiment. De plus petits moteurs peuvent également être placés dans la gaine, sans salle des machines. Ils permettent de contrôler les mouvements de la cabine, en fonction des appels des utilisateurs. Les versions modernes intègrent aussi divers traitements de paramètres, afin de rentabiliser au mieux les déplacements des appareils.

En résumé

• Une personne appuie sur le bouton d'appel de l'ascenseur et le moteur se met en marche. 
• Le liquide remplit progressivement la colonne du vérin, poussant le piston par pression. 
• Le piston télescopique se déploie, poussant la cabine vers le haut.
• Le contrepoids aide le mouvement et la cabine, tractée par les câbles (guides) et les poulies du mouflage, s'élève. 
• Les câbles reliés à la cabine et au contrepoids circulent dans un circuit de poulies qui augmente leur force de traction.
• En cas de danger, la boucle du frein parachute tire sur la mâchoire qui se referme sur les guides. Ainsi, la cabine s'arrête.