description et histoire de la distribution desmodromique
le système Ducati desmo "trialbero" (3 arbres à cames) de 1956
la distribution desmo simple arbre à cames des Ducati 2 soupapes post-1986
Définition de "système desmodromique":
Le terme "desmodromique" est issu des mots grecs "démos" (assemblée populaire qui détient le pouvoir, qui contrôle, d'où démocratie) et "dromos" (chemin ou route, d'où autodrome). En traduction littérale, cela peut donner contrôle de la route et par extension, contrôle du mouvement.
Cette expression qui appartient à la cinématique, la science des mouvements et en particulier au domaine des transformations de mouvements, qualifie un mouvement précisément contrôlé. Il en existe plusieurs définitions, mais dans le cas qui nous concerne elle peut s'énoncer ainsi:
"un système qui transforme un mouvement de rotation continu en un mouvement de translation alternatif, est dit desmodromique si cette action est provoquée dans les deux sens par un moyen rigide" (ce qui exclut implicitement l'utilisation d'un ressort de rappel)
Mais d’après la définition moderne, un mécanisme n’est purement desmodromique que, si et seulement si, il utilise deux moyens rigides séparés pour assurer le mouvement de la partie menée dans les deux directions.
Cette définition exclut en pratique les dispositifs comportant un ressort ou basés sur un excentrique. Ainsi, un système bielle-manivelle n'est pas desmodromique, puisqu'il n'utilise qu'un seul organe, la bielle, pour entraîner le piston dans les deux directions. En pratique, un système desmodromique doit nécessairement utiliser des cames classiques ou spéciales.
Commande desmodromique des soupapes:
Conformément à la définition, un systéme de distribution desmodromique a donc pour particularité qu'il est dépourvu de ressort de rappel de soupape (voir cette page).
La fermeture, à l'identique de l'ouverture, est effectuée par un organe mécanique rigide constitué sur les systèmes modernes d'un culbuteur actionné par une deuxième came située contre celle d'ouverture (groupes 5 et 6-A de la classification). Le profil de cette deuxième came, dite "came de fermeture", est l'inverse exact de celui de la came d'ouverture, sa portion circulaire correspondant à la position "soupape fermée" est située à la périphérie.
Systèmes desmodromiques simple et double arbre à cames
(voir cette animation)
lois de mouvements de soupape et profils de cames
Le petit ressort accessoire faiblement taré, en bleu sur la figure de gauche, que l'on trouve tous les systèmes modernes, ne sert qu'à rattraper le jeu de fonctionnement ("valve lash" in English) afin d'assurer un parfait appui de la soupape sur son siège lorsque ce jeu augmente à cause de l'usure ou de la température.
Si ce jeu restait toujours infime, entre zéro et deux centièmes de mm, ce ressort serait inutile car l'inertie de la soupape et la pression des gaz suffiraient à maintenir la soupape fermée.
D'ailleurs, lorsque le jeu augmente avec le temps le ralenti devient instable, le ressort est dons indispensable sur une machine de série parce qu'on ne va pas régler le jeu tous les 1000 Km.
Mais Ducati l'utilise aussi par précaution sur ses moteurs de compétition et aussi pour s'affranchir des réglages fastidieux après chaque Grand Prix.
(d'ailleurs sur les Mercedes F1 desmo de 1956 et sur les premières Ducati desmo de Grand Prix de 1957, ce ressort n'existait pas et ça ne les empêchait pas de remporter des courses)
La raison qui explique le vif intérêt des motoristes pour la distribution desmodromique à l'époque des pionniers aux alentours de 1900 tient au fait qu'à cause de la mauvaise qualité des aciers les ressorts fatiguaient rapidement.
De ce fait, l’affolement des soupapes ainsi que les ruptures de ressorts, limitaient gravement les performances et la fiabilité des moteurs. C'est pour cette raison que l'on montait souvent des ressorts en épingles à l'air libre faciles à remplacer.
Des dizaines de brevets de distribution desmodromique furent déposés entre 1900 et 1914. Toutefois, en ces années là, la plupart de ces systèmes avaient tendance à s'user et à prendre rapidement du jeu, car les procédés de durcissement superficiel des aciers comme la nitruration et la cémentation, étaient mal maîtrisés.
De nos jours, grâce aux progrès des aciers et de la métallurgie ainsi qu'à la conception assistée par ordinateur, l'affolement des soupapes n'est plus un problème et l'intérêt de ce mode de distribution est ailleurs.
A présent, le principal avantage de la distribution desmodromique par rapport au système classique, réside dans le fait qu'elle permet d'utiliser sans inconvéniant des soupapes de grand diamètre ainsi que des levées importantes de soupapes. Ainsi, la distribution desmodromique peut procurer un gain de couple moteur, donc de puissance, significatif à certains régimes de rotation
Un article intérésssant à ce sujet, voir également ce site incontournable.
Les "plus":
En pratique, grâce à la distribution desmodromique, on peut obtenir un meilleur remplissage des cylindres, donc plus de couple moteur.
-Du fait de la suppression des ressorts de rappel, les contraintes mécaniques sur les organes destinés à l'ouverture des soupapes sont nettement diminuées. Ainsi, il est possible d'adopter des profils de cames donnant des levées et des durées de large ouverture des soupapes très importantes, sans pour autant devoir augmenter les dimensions et donc l'inertie de ces organes. Ces profils de cames procurent un meilleur remplissage des cylindres au bénéfice du couple moteur.
Avec un système classique, de tels profils de cames nécessiteraient des ressorts très durs, qui imposeraient d'énormes contraintes aux organes de distribution.
Bien sûr, selon les diagrammes de distribution et les profils de cames adoptés, ce gain peut assurer un meilleur couple à moyen régime ou un surcroît de puissance à haut régime.
-Par ailleurs, ce type de distribution permet d'adopter des soupapes de plus gros diamètre donc plus lourdes. Avec une distribution classique il faudrait monter des ressorts de rappel plus durs pour vaincre l'inertie de ces soupapes à la fermeture avec les inconvéniants cités plus haut.
-De plus, on note une réduction de l'effort d'entraînement des arbres à cames à bas et moyens régimes. Par contre, on observe le phénomène inverse à haut régime, à cause de l'inertie des nombreuses pièces en mouvement.
-Ce système procure un contrôle très précis du mouvement des soupapes à tous les régimes avec une grande fidélité par rapport aux lois de levée des cames.
-La distribution desmodromique apporte une grande douceur de fonctionnement, de ce fait, on observe une faible usure des sièges de soupapes. Ainsi, à condition d'être bien conçue et bien règlée à intervalles réguliers, elle est est très fiable.
-Le gain de couple et la diminution des efforts d'entrainement procurent un autre avantage moins connu qui consiste en une certaine diminution de la consommation à bas et moyen régime.
diagrammes comparés de levée et d'accélération de soupape (document Mercedes Benz)
Les performances exceptionelles des Mercedes F1 et Sport-prototype de 1954 et 1955, ainsi que des Ducati desmo de route et de compétition depuis 1957, ne sont pas dues à autre chose.
Cela a été été comfirmé récemment lors d'essais effectués par les bureaux d'études de grands constructeurs comme Nissan, Toyota et Audi, qui a déposé de nombreux brevets de distribution desmodromique entre 1986 et 1993.
dessin de brevet Audi desmo qui comporte un dispositif de rattrapage automatique du jeu à la fermeture
Sur le prototype d'étude Toyota F1 desmo, le couple moteur s'est avéré légèrement supérieur à celui du modèle à rappel pneumatique des soupapes sur certaines plages de régime. Néanmoins, ce constructeur a fini par y renoncer en 2009 après des années de recherches, pour ne pas rajouter de complications à la mise au point déjà difficile de son moteur V10 de Formule 1.
Ce superbe système desmodromique a été conçu par Luca Marmorini, un ingénieur transfuge de Ferrari.
Il a été chargé de 2002 à 2009 de la conception et du développement du moteur F1 au sein de l'usine TMG (Toyota Motors Gmbh) située à Köln en Allemagne. De retour chez Ferrari, il a été nommé à la tête des départements moteurs et électronique.
(Il a été injustement remercié par Ferrari à la suite des mauvaises performances de la F1 de 2014. Mais elles n'étaient pas de son fait, certains choix quant aux moteurs avaient été imposés par la Direction qui a lâchement choisi d'éliminer un "lampiste" plutôt que d'assumer ses décisions)
les monocylindres d'essais Toyota pneumatique et desmo avec les courbes comparatives de couple moteur et de puissance
remarquer les linguets d'ouverture admission et échappement articulés sur un même axe ce qui permet un angle très faible entre les soupapes et aussi le papillon de gaz magnifiquement intégré à la culasse
Les "moins":
Un système desmodromique est plus coûteux à fabriquer et à entretenir.
-Il est plus complexe qu’un système classique à ressorts, donc plus délicat à concevoir et à réaliser. Une étude cinématique approfondie est nécessaire pour que les jeux varient le moins possible au cours de la rotation afin que les mouvements s'effectuent sans accoups. Il est impératif que les cames d'ouverture et de fermeture correspondantes soient très précisément usinées au niveau du profil et parfaitement calées angulairement l'une par rapport à l'autre en fonction de la configuration géométrique de l'ensemble formé par les arbres à cames, les linguets, les culbuteurs et leurs axes, car elle conditionne les lois de levée réelles des soupapes.
-Par ailleurs, sur un tel système, les points de contact sont relativement étroits entre les branches du culbuteur et la douille de fermeture. Il est donc très important que ces pièces reçoivent un soin particulier au niveau des traitements thermiques destinés à durcir le métal aux endroits sensibles, sinon leur durée de vie peut être limitée.
-L'effort d'entraînement des arbres à cames est important à haut régime du fait de l'inertie du nombre important de pièces en mouvement.
-Un système desmo est aussi plus compliqué à régler au niveau des jeux (plays) de fonctionnement. En effet ces opérations demandent du temps et une grande précision. Cela entraîne un coût d'entretien élevé, particulièrement sur les modèles à 4 soupapes.
Mais la technologie des moteurs classiques a beaucoup évolué et l'avantage du desmo n'est plus aussi flagrant sur les moteurs multicylindres modernes à hautes performances qui atteignent des régimes très élevés.
La conception des cames avec des profils polydines déterminés par logiciels, ainsi que la qualité et les performances des ressorts, ont fait d’énormes progès et l'on peut adopter des profils de cames de plus en plus agressifs sur ces moteurs.
D'autre part, grâce à divers moyens modernes (systèmes variables automatiquement de distribution ou d'admission) il est possible de nos jour d'obtenir un couple moteur conséquent à moyen régime sur ce type de moteurs.
Par ailleurs, le rappel pneumatique des soupapes a résolu le problème des vibrations de ressort à haut régime sur les moteurs de GP.
Mais pour des raisons pratiques son utilisation n'est pas envisageable sur des modèles destinés à la route. Des solutions utilisant la pression de compression des cylindres ont été explorées sans grand succès.
En conclusion:
Ce système relativement coûteux trouve surtout son intéret sur les moteurs à grosse cylindrée unitaire. Le gros avantage de la distribution desmodromique, c'est qu'elle permet d'atteindre sans inconvéniants des régimes de rotation élévés avec des levées de cames importantes et des soupapes de grands diamètres.
Il n'est donc pas étonnant que les L-twins Ducati, et en particulier les 4 soupapes, soient aussi performants. C'est pour les mêmes raisons qu'ils ont remporté un tel succès en compétition et sur le marché des machines sportives bicylindres comme Aprilia, KTM, Moto Guzzi et BMW .
Mais, contrairement à ce que certains affirment, la distribution desmodromique n'est pas qu'un "gadget" technologique inutile et coûteux, que Ducati ne conserve que pour son image de marque.
Des constructeurs aussi renommés que Norton, MV Agusta, Moto Morini, Honda, BMW, Suzuki, Porsche, Mercedes, BRM, Cosworth, Ferrari, Audi, Toyota, Mitsubishi et Nissan, entre autres, s'y sont intéressés de près. Plusieurs de ces Marques ont réalisé des prototypes déstinés à la recherche ou la compétition qui utilisaient ce type de distribution. Les brevets les plus récents, comme ceux d'Audi et de Nissan, comportent même des dispositfs intégrés de calage variable de distribution.
Il n'empêche qu'avec la distribution desmodromique, on peut concevoir un 4 cylindre de route très puissant grâce aux levées de soupapes importantes que permet ce système.
Mais ce "plus" de puissance maxi s'obtient au détriment du couple à moyen régime, dejà un peu faible sur les 4 cylindres classiques à hautes permormances. Il est toutefois possible d'y remédier au moyen d'un système de calage variable de distribution comme le DVT de Ducati ou par un dispositif d'admission à longueur variable comme sur la Panigale V4.
Pour preuve, la Ducati Panigale V4 R 1000 cc développe 234 hp à 16000 rpm avec l'échappement Akrapovic, c'est de loin la plus puissante des sportives 1000 cc sur le marché.
Quant au V4 desmo de la Ducati de MotoGP, c'est le plus puissant de tous (un ancien et un plus récent). Pour preuve, c'est la plus rapide en vitesse maxi, mais de peu. Parmi les autres, les meilleurs développent environs 280 hp à 18000 rpm (chiffre comfirmé par les constructeurs eux-mêmes).
Toutefois, afin de réduire le coût de fabrication, le réglement technique limite le nombre de cylindres à 4 et impose un alésage maximum de 80 mm, ce qui ne permet pas d'adopter une course très courte (environs 49 mm). Ainsi, le régime maximum et par conséquent la puissance sont limités par construction, la marge de progrès est donc faible. Il n'en reste pas moins que le petit avantage de la Ducati est sûrement dû à la distribution desmodromique.
Par ailleurs, les V8 2,4 litres utilisés de 2006 à 2009 par les Formules 1 dépassaient 300 hp/litre avec 750 hp à 19500 rpm. Un 4 cylindres 1000 cc de compétition peut donc théoriquement développer plus de 300 hp.
Ce principe ne s’applique pas uniquement à la distribution des moteurs, en voici quelques exemples:
-Il a existé des carburateurs à commande desmodromique. Un câble en boucle fixé à deux poulies commandait l’ouverture et la fermeture du boisseau. Sur un tel montage, le câble est considéré comme rigide puisqu'il reste toujours tendu et qu'il travaille en traction dans les deux sens.
L'avantage de ce système réside dans le fait qu'il permet d'utiliser un ressort de rappel très souple, avec une une poignée de gaz moins dure à manier, tout en assurant une parfaite sécurité de fermeture. Un dispositif de ce type a été monté sur des bicylindres Moto Guzzi et sur des 4 cylindres Honda.
-Un prototype de coeur artificiel à commande desmodromique a aussi remporté un concours de design organisé par Ducati en 2004. Grâce à ce système dépourvu de ressort de rappel, l'entrainement de le membrane demande un très faible effort. Les avantages sont le poids réduit, la fiabilité et l'économie d'énergie.
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-De même, le mécanisme de sélection des boites de vitesses de motos avec le tambour qui entraîne les fourchettes en tournant, est un exemple de système desmodromique, il est basé sur une "drum cam".
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-Des mécanismes similaires existent sur des serrures à haute sécurité qui comportent un canon et une clé à came à système desmodromique. Ces serrures qui ne comportent pas de ressort sont impossibles à forcer avec un crochet (dans ce cas particulier, il s'agit de la transformation d'un mouvement de translation continu en un mouvement de translation alternatif).
On trouve également des dispositifs de ce type sur des systèmes de vérouillage de portes d'avions qui ne comportent aucun ressort.
-On trouve aussi de nombreuses autres applications dans des domaines tels que le matériel médical ou l'industrie. Par exemple, certaines presses à emboutir destinées à fabriquer des pièces de forme en tôle, comportent des arbres à cames de type desmodromique. Grâce à ce système, ces presses sont à la fois très douces et très précises.
presse progessive "desmodrive" double came Sacma
Petite histoire de la distribution desmodromique:
La première trace connue de cette expression date des environs de 1875, lorsqu'un Italien utilisa le terme "desmodromico" pour traduire de l’Allemand une étude de cinématique. L'énoncé Anglais "positive-control valves operating system", a parfois été utilisé pour qualifier ce mode de commande des soupapes. Quant à l'abréviation "desmo", elle appartient exclusivement à Ducati qui l'a créée et déposée en 1968 lors du lancement des monocylindres 250 et 350 Mark 3 D de série suivis en 1969 par la 450.
Depuis Ducati reste la seule Marque au Monde produisant encore des modèles à distribution desmodromique en grande série. Depuis 1980, Ducati produit même exclusivement des modèles "desmo".
Les toutes premières distributions desmodromiques, qui datent de la fin du 19-ème et du début du 20-ème siècles, comportaient souvent un seul élément rigide, mais il était animé par des moyens différents grâce dans certains cas à des cames de type spécial: les deux cotés de la rainure d'une came-plateau à rainures (groove cam) comme Daimler ou Arnott, les deux faces d'une came-disque oblique comme Bignan ou les deux cotés d'un étrier comme Delage.
A noter qu'au tout début le terme "desmodromique" ne figurait pas explicitement sur certains brevets car il était encore peu usité.
les systèmes Arnott, Bignan et Delage
Contrairement à certaines idées reçues, Fabio Taglioni, le célèbre directeur technique de Ducati, n’est pas du tout l’inventeur de ce système. De nombreux brevets ont été déposés et mis en pratique bien avant lui, mais il fut le premier à l’avoir utilisé avec succès sur une moto dès 1956 en compétition.
Il reste également le seul qui ait osé avec Ducati le produire en grande série. Dès 1968, les monocylindres 250 et 350 Mark 3 D en étaient équipés et c'est le cas de toute la gamme de ce constructeur depuis 1980.
Par ailleurs vers 1910, l'Anglais Frank Arnott a testé un système de distribution desmodromique sur un moteur monocylindre de moto Triumph qui a cassé aux essais et n'a pu être réparé faute de moyens. Son brevet a disparu et il n'en subsite que des schémas. Le projet en est resté là, sinon cette Triumph-Arnott aurait été la première moto à ditribution desmodromique de l'histoire si on oublie le prototype Daimler de 1885.
C'est pour cette raison que l'invention du système desmodromique, qui date en réalité de 1883 (Gottlieb Daimler) avec une "box cam" ou "groove cam" (came à rainures courbes), a parfois été attribuée à tort à Arnott.
De nombreux brevets plus ou moins viables ont été déposés entre 1883 et 1930. Par le suite, faute d'avoir prouvé sa supériorité ce système tomba dans l'oubli jusqu'à ce que Mercedes le remette au goût du jour en 1954 avec ses voitures de Grand Prix championnes du Monde en 1954 et 1955. Plusieurs constructeurs d'automobiles et de motos tentèrent alors de nouveau l'aventure jusqu'aux années 2000 mais seul Ducati a conservé ce système.
Qelques dates:
Premier moteur desmodromique: Daimler monocylindre 1883 (prototype)
Première moto desmodromique: Daimler monocylindre 1985 (prototype)
Première voiture desmodromique: Daimler monocylindre 1886 (prototype)
Première voiture de série desmodromique: Panhard & Levassor P2C 1891 (moteur Daimler V-twin type P)
Première voiture de course desmodromique: Aries voiturette VT monocylindre 1907
Première Formule 1 desmodromique: Mercedes W 196 8 cylindres 1954
Première moto de course desmodromique: Ducati 125 Grand Prix monocylindre 1957
Première moto de série desmodromique: Ducati Mk 3 D monocylindre 250, 350 et 450 à partir de 1968
Tous présentés dans cette rubrique
Voir la liste du site "Desmodromology" de tous des systèmes desomo brevetés ayant existé et fonctionné.
Les premières distributions desmodromiques:
Gottlieb Daimler, un génie de l'époque des pionniers:
En 1883, Gottlieb Daimler, l'ingénieur Allemand qui avait été le directeur technique de Nikolaus Otto lorsqu'il construisit en 1976 le tout premier moteur à 4 temps chez Gazmotoren Deutz, créa son propre bureau d'études nommé Daimler in Cannstatt (en lien). Avec Wilhelm Maybach, son ancien collègue de chez Deutz, il construisit alors dans son atelier un moteur monocylindre horizontal fixe de 98 cc (42 x 72 mm) fonctionnant provisoirement au gaz.
En précurseur, Daimler cherchait à démonter qu'un moteur 4 temps léger de faible cylindrée à vitesse de rotation élevée pouvait être parfaitement efficace sur une automobile.
Des voitures à vapeur avaient été produites auparavant (par Amédée Bollée en 1873 entre autres).
Mais les chaudières étaient lourdes et de plus, faute de condenseur elles nécessitaient de fréquents ravitaillements en eau. Leur production se limita à de petites séries (une cinquantaine au maximum).
En 1896, Amédée Bollée fils produisit sa première voiture à essence en série, ce fut le début de la fin des voitures à vapeur.
Les premiers prototypes:
Ce moteur comportait un système de distribution desmodromique, le tout premier système de ce type connu au monde.
Les soupapes étaient actionnées par des tiges de section carrée coulissant dans des guides. A l'autre extrémité de ces tiges se trouvaient des lames courbes articulées en leur milieu, qui coulissaient (glided) dans deux rainures circulaires usinées sur la face d'une came-disque "curved-groove cam" ou "box cam" (voir ces figures) en forme de plateau montée directement en bout de vilebrequin. L'une était dans l'axe, l'autre était excentrée et les deux rainures se croisaient. Ainsi les lames passaient à chaque tour d'une rainure à l'autre et les soupapes n'étaient actionnées qu'un tour sur deux (photos ci-dessous, à droite une lame articulée).
Les photos ci-dessous sont celles d'une réplique exacte et fonctionnelle de ce moteur construite chez Mercedes à notre époque. Voir en lien les vidéos de ce moteur en marche.
Voir par ailleurs cette page sur le Musée Daimler in Cannstadt ainsi que quelques photos sur cette page du site officiel de Mercedes
Daimler déposa 2 brevets (DRP 28022 et 28243 de Décembre 1883), qui concernaient respectivement l'allumage et la distribution de ce moteur fixe de 98 cc qui développait environs 0,15 hp à 600 rpm.
L'allumage était assuré par un tube incandescent relié à la chambre de combustion et chauffé au moyen d'un brûleur à essence. La mise à l'arrêt du moteur s'effectuait en éteignant ce brûleur.
En effet, les systèmes à étincelle électrique de l'époque ne convenaient pas à une automobile car ils utilisaient des piles à bain de saumure du type Volta qu'il fallait régulièrement réimprégner de saumure à cause de l'évaporation due à la chaleur.
Les premières dynamos seront montées sur des automobiles vers 1897. Auparavant, leur éclairage était assuré par des lampes à acétylène.
A la même époque on vit arriver les allumages Delco par batterie d'accumulateurs au plomb, rupteur, bobine, distributeur et bougies appelées alors "inflammateurs électriques".
Mais les batteries de l'époque n'étaient pas très fiables et l'on trouvait souvent des allumages par magnéto en basse tension, donc peu efficaces.
La magnéto haute tension sera inventée par Bosch dans les années 1920 et ce sera un immense progrès pour les moteurs à essence.
Ce moteur pouvait théoriquement fonctionner au gaz ou à l'essence. Daimler et Maybach avaient imaginé un système d'injection constitué d'une pompe nourrice, d'un distributeur de dosage et d'un pulvérisateur (image ci-dessous: "gas oder petroleum"), mais il ne fut jamais construit.
Dans sa version définitive, ce moteur fonctionnait uniquement à l'essence grâce au carburateur à surface conçu par Wilhelm Maybach en 1884 (photo ci-dessous, le carbutateur d'une pièce avec le réservoir d'essence au premier plan).
Ce moteur tournait à vitesse constante et un robinet à 3 voies placé sur le collecteur d'admission permettait de régler manuellement la richesse du mélange carburé en fonction de la charge. La mise à l'arrêt du moteur se faisait en éteignant le brûleur d'allumage.
Afin d'assurer une parfaite efficacité de la distribution à plus de 200 rpm, un régime jamais dépassé jusque là, Daimler conçut un système desmodromique destiné à l'entrainement des tiges de commande des soupapes latérales. Ces longues tiges rigides venait pousser les soupapes à l'ouverture, la fermeture s'effectuant classiquement au moyen d'un ressort de rappel.
La distribution n'était donc que "partiellement" desmodromique, puisque seules les tiges de commande des soupapes étaient actionnées par le système desmodromique, elles n'étaient pas reliées rigidement aux soupapes. Le but de Daimler était peut-être d'éviter l'affollement des lourdes tiges de commande à haut régime. Le risque était limité quant aux soupapes elles-mêmes, beaucoup plus légères.
Sur le prototype définitif (figure du haut), dans un but de simplification, seule la soupape d'échappement était commandée par ce système. Celle d'admission, disposée alors en tête, était actionnée par dépression, une solution peu efficace pour le remplissage, mais courante à l'époque compte tenu des faibles vitesses de rotation des moteurs.
Gottlieb Daimler est donc le créateur du premier système de distribution desmodromique de l'histoire, même si ce terme pratiquement inconnu à l'époque, n'est pas spécifié dans le texte de son brevet de 1883. Le fonctionnement très particulier de son mode de commande de soupape par "curved-groove cam" (came à rainures courbes), qui figure sur la droite du dessin de brevet ci-dessous, est décrit plus loin dans la page 4 qui concerne également le bicylindre en V de 1889. Des répliques fonctionnelles de ce monocylindre construites chez Merceds sont exposées dans des musées en Allemagne et aux USA.
Voir ces extraits d'un forum au sujet d'une réplique de ce moteur: extrait 1 extrait 2 extrait 3 et cette extraordinaire galerie de photos.
En 1885, il construisit un monocylindre vertical de 264 cc (58 x 100 mm) qui reprenait les principes de son prototype horizontal à distribution desmodromique de 1883 et développait 0,5 hp à 700 rpm pour un poids d'environs 50 kg. La distribution comportait une tige de commande bien plus fine et légère que celle du prototype horizontal. Ce moteur fut surnommé "Grandfather's clock" (pendule de grand-père) à cause de sa forme.
Il était révolutionnaire par de nombreux aspects: parce qu'il pouvait fonctionner à l'essence, par son faible poids, son encombrement réduit et sa vitesse de rotation élevée qui lui procurait un excellent rendement.
Daimler avait pour projet de réaliser un moteur capable de propulser des véhicules légers. En visionnaire, il pressentait que l'automobile était l'avenir. C'est pourquoi il s'était attaché à faire fonctionner son moteur à l'essence et à réduire autant que possible le rapport poids/puissance ainsi que l'encombrement. Pour ces raisons, Daimler peut aussi être considéré comme l'inventeur du moteur à rotation rapide. C'est grâce à cette invention que leur adaptation à des vehicules automobiles à été possible. Par ailleurs, le fonctionnement de ce moteur était beaucoup plus doux et régulier que celui des autres 4 temps.
Mais surtout, c'était le tout premier comportant un carter fermé formant réservoir d'huile. Le graissage se faisait par barbotage: l'huile était projetée sur les paliers, le système de distribution et la chemise par le vilebrequin qui venait la "lécher" au fond du carter, seules les soupapes devaitent être graissées régulièrement. C'était une technique parfaitement adaptée à l'automobile. En effet, avant cette invention, le vilebrequin et la bielle étaient à l'air libre et l'huile était amenée en divers endroits par de petits bols qu'il fallait régulièrement remplir avec une burette comme sur les machines à vapeur. A l'évidence, ce carter fermé permettait également de réduire considérablement la consommation d'huile. La lubrification sous pression par pompe à engrenages sera inventée après 1900. Quant au refroidissement, il était assuré par un ventilateur fixé en bout de vilebrequin qui soufflait l'air de bas en haut autour du cylindre au travers d'une gaine tubulaire.
Le brevet qui concernait l'ensemble ainsi que plusieurs architectures moteur, s'intitulait "machine puissante à combustion interne et grande vitesse"...
Le terme "moteur" était peu employé en ces temps là et c'était effectivement le plus rapide de son époque, jusque là aucun n'avait atteint un régime aussi élevé.
"The grandfather's clock" 
le dessin du brevet de 1885
Les premiers véhicules:
(plus de détails en page 3)
Finalement en 1889, Daimler monta son monocylindre sur un véhicule à deux roues (une photo de la "Reitwagen"), la première "bicyclette à moteur" (le terme motocyclette n'existait pas encore à cette époque) fonctionnant à l'essence après le prototype à vapeur de Micheaux (voir cette page et une photo de Gottlieb Daimler avec son engin).
Une version 462 cc propulsa ensuite une calèche modifiée, la "Motorkutsche", mais avec 1,25 hp le moteur n'était pas assez puissant pour le poids de ce véhicule.
Daimler produisit alors un V-twin étroit à 17° de 565 cc doté du même type de distribution. Ce moteur qui développait 1,65 hp à 600 rpm est le tout premier V-twin connu et l'idée en revient à Maybach (une photo d'un V-twin Daimler démonté).
(une photo de l'atelier de Daimler)
Daimler le monta alors dans une voiture de sa conception avec un chassis en tubes d'acier qui servait en même temps de radiateur d'eau. Grâce à sa légèreté et à sa puissance, elle atteignait 22 Km/h. Il la présenta sur le stand Panhard & Levassor, un fabricant de moteurs à gaz, à l'exposition universelle de Paris de 1889, elle y remporta un grand succès.
A cette occasion, Panhard & Levassor acheta alors à Daimler une une license de fabrication de ce moteur pour le monter sur ses toutes premières automobiles les P2C suivies rapidement par les P2D.
Environs 200 voitures propulsées par ce V-twin Daimler furent fabriquées en France entre 1891 et 1895. Il s'en vendit dans toute l'Europe, mais aussi en Russie et d'autres licenses furent vendues en Europe et aux USA.
Ce furent, après l'anectotique Benz Patent de 1886, les premières voitures à essence produites en série et elles comportaient une distribution desmdromique
La première voiture produite en très grande série fut la Ford T. Elle a été construite à plus de 16 millions d'exemplaires entre 1908 et 1927 grâce à la fabrication à la chaîne inventée par Henri Ford, d'où le terme "fordisation" de la production industrielle caractérisée par le travail des ouvriers en poste fixe avec des tâches répétitives.
Pour la P2D, ce V-twin avait été poussée à 1206 cc (80 x 120 mm) par Panhard & Levassor et développait 3,75 hp à 800 rpm. La vitesse maxi était proche de 30 Km/h.
Peugeot, qui produisit une centaine de voitures propulsées par le même moteur construit sous license Daimler, remporta en 1895 la première grande course automobile, Paris Bordeaux aller-retour. Une Panhard & Levassor passa la ligne d'arrivée en premier, mais elle fut déclassée en 2ème place au profit d'une Peugeot équipée du même moteur parce que selon le règlement le Premier Prix était réservé aux voitures à 4 places.
Les Peugeot et les Panhard & Levassor remportèrent les quatre premières places, prouvant la nette supériorité du moteur Daimler V2.
Sur les dernières versions de ce V2 montées sur les Peugeot à partir de la type 11, la cylindrée fut augmentée jusqu'à 1645 cc.
A noter que sans l'invention du carburateur, les automobiles n'auraient jamais connu un tel succès. A l'époque, l'essence était vendue dans les drogueries et dans les pharmacies sous le nom de "ligroïne" (éther de pétrole lampant dérivé d'huile de baleine) ou "benzine" (distillat de goudron d'usine à gaz), des produits qui servaient de solvant à peinture et de dégraissant.
Le pétrole lampant était utilisée pour l'éclairage et dès le 9ème siècle, Al-Razi décrivit la distillation du pétrole naturel au moyen d'un alambic, pour produire du pétrole lampant destiné à incendier les navires ennemis.
Il existait des nappes de pétrole en surface à certains endroits dans la nature mais avant le 9ème siècle il n'était pas exploité faute d'être inflammable en l'état.
Quand l'automobile commença à se développer à la fin des années 1890, elle se vendit alors sous le nom d' "essence spéciale pour automobiles" dans divers petits commerces en bidons de 5 ou 10 litres (photo) de différentes Marques locales de raffinage de pétrole (voir ce documentent). L'indice d'octane de ces essences tournait autour de 50, à comparer avec le sans plomb SP 95 actuel.
Les premières "pompes à essence" précises n'apparaîtront que vers 1910-1920 quand les raffineries se sont multipliées dans le Monde en même temps que les grandes Marques Américaines de produits pétroliers comme Standard Oil (aujourd'hui Esso, comme SO).
Voir cette page sur les différentes Marques d'automobiles depuis les précurseurs du 17ème au 19ème siècle qui inventèrent petit à petit le moteur à combustion interne 2 temps puis 4 temps à gaz et ensuite à essence à partir de 1880.
Et cette autre page du site "l'autombile ancienne".
Egalement cette page sur l'histoire de la moto et cette autre page du site "Tout sur la moto".
C'est à cette époque que les voitures à moteur, dites aussi "voitures sans chevaux" furent appelées "automobiles" en opposition aux voitures à chevaux dites "hippomobiles".
De grandes Marques qui existent encore de nos jours furent crées dans ces années là, comme Peugeot en 1889, Panhard en 1891 (qui ne construit plus depuis 1967 que des véhicules blindés pour l'armée), Renault en 1898, Fiat en 1899, Mercedes en 1900 et Ford en 1903.
Par contre, parmi les très nombreuses Marques créées à cette époque, la plupart ont disparu en partie à cause des crises économiques, des fallites et des guerres.
En 1900, la France comptait 30 constructeurs dont Panhard & Levassor, Peugeot, Renault, Amédée Bollée, Chenard & Walcker, Clément, Darracq, De Dion Bouton, Berliet, Delage, Delahaye, Mors et d'autres moins connus.
D'autres Marques comme par exemple Panhard, Charles Deutch (avec les CD Panhard), René Bonnet, Alpine, Matra et Simca ont également disparu dans les années 60 et 70.
Certaines ont été absorbées à la fin de leur gloire par d'autres contructeurs, par exemple: Panhard par Citroën, Alpine par Renault et Simca par Peugeot PSA qui vient d'ailleurs d'absorber Opel.
Et cette page sur la naissance vers 1900 des tout premiers constructeurs, des dizaines en France après Panhard et Peugeot, et aussi Fiat, Ford, Mercedes puis Alfa Romeo entre autres dans le Monde entier.
Et plus de détails en page 3 sur les moteurs à distribution desmodromique de Daimler.
A partir de 1892, Daimler commença à produire ses propres voitures propulsées par son V-twin au sein de son entreprise nommée Daimler Motoren Gesellschaft.
En 1896, il revint à un système de distribution classique par arbre à cames avec toutefois des soupapes d'admission automatiques et un nouveau type de carburateur plus moderne.
Ces moteurs à 2 cylindres en ligne de 1,10 litres conçus par Maybach (figure ci-dessous) développaient 6 hp dans la première version. Ils seront montés sur des voitures construites en série par Dailmer et sur des Panhard & Levassor.
Le moteurs bicylindres seront suivis en 1897 par la série des 4 cylindres en ligne des Daimler Phönix comportant un allumage par magneto haute tension (une photo). Ces moteurs 2,1 litres développaient initialement 8 hp et pour la première fois, les 1000 rpm maxi seront atteints. Par la suite, avec des radiateurs plus efficaces type "nid' d'abeille" inventés par Maybach, il fut possible d'augmenter la puissance sans surchauffe.
Daimler Motoren, fut dirigée à partir de 1900 par Paul Daimler, le fils de Gottlieb décédé cette année là.
Un modèle plus puissant, la "35 hp" d'une cylindrée de 6 litres fut produit de 1900 à 1902 sous la marque Mercedes, il remporta de nombreuses victoires en compétition. La marque Mercedes fut créée en l'honneur de la fille d'un riche client prénommée Mercedes.
En 1907 Maybach créa sa propre marque de voitures de luxe. En 1929, il présenta la Zeppelin DS7 équipée d'un moteur V12 (7 litres, 150 hp à 2800 rpm) suivie par la DS8 de 8 litres et 200 hp.
Les successeurs:
voir également cette page d'un site Japonais à ce sujet (qui ne se gène pas pour me copier allègrement sans me citer...) et le reste de son "oeuvre"
Le Français ClaudeBonjour déposa ensuite un brevet de système hydraulique en Suisse en 1893, mais il ne fut pas suivi par une application pratique.
système hydraulique
Il fut suivi en 1896 par l'Allemand Gustav Mees, un constructeur d'automobiles dont le brevet resta également sans suite. Des dizaines de brevets de distribution desmodromique furent déposés entre 1900 et 1914, dont celui d'Aries en 1907.
En 1910, l'Anglais Frank Arnott conçut une distribution desmodromique pour un prototype monocylindre Triumph qui cassa lors des essais. Le desciptif du brevet d'Arnott a disparu, il n'en reste que quelques schémas (figure ci-dessous).
En 1955, son fils produira un autre système desmo pour un 500 monocylindre 500 Jap de speedway (voir en page 2).
Les desmo 4 soupapes ou la préhistoire du "desmoquattro":
En 1907, l'ingénieur Charles Petiet le créateur de la Marque française d'automobiles Aries, conçut un moteur monocylindre simple arbre à cames en tête à distribution desmodromique avec 4 soupapes. Ce 1400 cc suralimenté par carter-pompe et distributeur rotatif développait entre 16,5 hp à 1.800 rpm et 20 hp à 2.300 rpm selon préparation.
En 1908, Aries construisit une voiturette (cyclecar) équipée de ce moteur et l'engagea en compétition. Ce fut la première voiture de course de l'histoire équipée de ce type de distribution. Très fragile, l'Aries VT parvint rarement à l'arrivée d'une course mais elle termina néanmoins à une remarquable 3-ème place à la coupe de Normandie (photo ci-dessous).
(voir cette galerie de photos et plus de détails)
sources de ces photos: sites "Yesterdays" et "Desmodromology"
La Delage type S:
Le moteur 4 cylindres 4,5 litres (115 hp à 3000 rpm) double arbre à cames en tête 4 soupapes desmodromique de la Delage type "S" de Grand Prix de 1914 est l'œuvre de l'ingénieur Arthur Michelat.
La Delage type "S" participa à plusieurs Grands Prix, mais le système desmodromique prenait rapidement du jeu. A Lyon en 1914, lors du Grand Prix de l'Automobile Club de France, Delage engagea trois Types "S" avec Bablot, Guyot et l'ingénieur Duray, mais seul Duray finit la course et se classa huitième. Par contre, le modèle précédent, la type "Y" 6,2 litres non-desmo, qui comportait également 4 soupapes par cylindre, remporta de nombreux Grands Prix et aussi les 500 Miles d'Indianapolis.
Arthur Michelat, Arthur Duray et Louis Dalage devant une type S au GP de France 1914
Durant la guerre de 14-18, les usines Delage durent se consacrer à la fabrication de matériel d'armement. Après la course d'Indianapolis de 1915 (où la Delage cassa son moteur), des voitures de course, dont plusieurs type "S", furent revendues à des Américains qui les engagèrent dans diverses compétitions. En 1916, une type S finit 5-ème aux 500 Miles d'Indianapolis et battit le record du tour en dépassant pour la première fois les 100 Miles/Heure de moyenne. Mais il est probable que Barney Oldfield, son pilote, avait fait remplacer le moteur Delage trop fragile par un autre 4 cylindres conçu par Miller aux USA.
Il existe un unique exemplaire parfaitement restauré de la Delage desmodromique, il appartient à un collectionneur Australien (photo ci-dessous). Un bloc cylindres neuf à été construit au modèle, celui d'origine étant hors d'usage.
Remarquer le système original constitué d'un étrier actionné par 3 cames (une d'ouverture et deux de fermeture) qui entraîne deux soupapes en parallèle et aussi la fermeture des soupapes "finalisée" par des petits ressorts de ratrappage de jeu.
Le dessin de détail sur la deuxième figure, à été réalisé d'après des pièces de la distribution démontées et mesurées sur la voiture du collectionneur Australien. Il est donc exact, contrairement aux autres vues approximatives.
Le moteur Miller 4 cylindres desmo
En 1915 aux USA, Harry Miller remplaça le moteur cassé de la Delage type S de Barney Oldfield par un 4 cylindre en alliage léger de sa conception. Il comportait un simple arbre à cames en tête actionnant 4 soupapes par cylindre au moyen d'un système desmodromique à culbuteurs beaucoup mieux conçu que le système Delage à étrier. C'est l'ancêtre des distributions desmodromiques modernes.
Une version plus puissante de ce moteur destinée à l'aviation fut également produite.
En 1917, Miller construisit avec Offenhauser et Oldfield une nouvelle voiture à carrosserie fermée équipée de ce moteur desmo 4,8 litres (111 x 180 mm) développant 136 hp à 2950 rpm (une photo de ce moteur en lien). La "Golden submarine" remporta 20 victoires ainsi que de nombreux podiums en compétition et battit plusieurs records de vitesse sur 10 et 25 Miles.
Néanmoins, Miller ne persista pas dans la distribution desmodromique par la suite. Les 8 cylindres en ligne et les V16 double arbre à cames dessinés par Leo Goossen dans les années 20 comportaient une distribution classique.
En 1933, Harry Miller fit faillite et son entreprise fut rachetée par son ancien chef d'atelier Fred Offenhauser. Miller reprit alors ses activités avec d'autres associés dans une petite structure. Ses voitures continuérent néanmoins à briller en compétition aux USA jusqu'en 1939.
on remarque les cames rapportées par groupe et les culbuteurs communs pour chaque paire de soupapes ainsi que les ressorts destinés à parfaire la fermeture des soupapes
La Peugeot L 76 (photo) double arbre à cames 4 soupapes, desmo or not desmo ?
Extrait d'un article paru dans Autocar en 1981: "En 1912, l'ingénieur Suisse Ernest Henry, au sein d'une petite structure autonome de l'usine Peugeot basée en région parisienne et surnommée « Les Charlatans », participa à la conception de la révolutionnaire Peugeot L76 avec Ettore Bugatti. Le moteur un 4 cylindres en ligne de 7,6 litres (110 x 200) reprend, pour la première fois sur une même voiture, deux technologie rares à l'époque, à savoir une culasse avec double arbre à came en tête, et quatre soupapes par cylindre avec une commande desmodromique. De plus, les chambres de combustion sont hémisphériques et la lubrification se fait par carter sec. Le moteur développe 148 ch à 2250 tr/min pour un voiture ne pesant de 900 kg, ce qui permet d'atteindre 160 km/h. La L76 triompha dès sa première apparition en compétition, au Grand Prix de l'ACF 1912 à Dieppe et aussi aux 500 miles d'Indianapolis en 1913."
Toutefois, après vérification sur une L76 dans un musée aux USA, il s'est avéré que la distribution n'était pas desmodromique"...
L'allégation du journaliste était donc fausse. D'ailleurs, la L45 de 4,5 litres, qui succéda à la L76 en 1914, comportait une distribution classique.
les dessins fantaisistes et enbas, les dessins exacts du vrai système, non desmodromique
Dans la série des desmo 4 soupapes de cette époque, voir aussi la Bignan plus bas.
Autres réalisations du début du 20-ème siècle:
Fiat conçut également des moteurs de compétition à distribution desmodromique.
Ce système à 4 soupapes par cylindre fut conçu en 1912 par l'ingénieur Giulio Cesare Cappa pour le moteur Type 401 de la Fiat T.801 de Grand Prix. Ce 4 cylindres 3 litres développait 112 hp à 4000 rpm. Mais cette distribution desmodromique s'avéra fragile et fut rapidement abandonnée après de brefs essais au profit d'un classique double arbre à cames en tête (plus de détails).
En parallèle, une moteur 8 cylindres en ligne (Type 402) fut développé pour les circuits rapides; il développait 120 hp à 4400 rpm. Toutefois, le système desmodromique ne fut pas testé sur le 8 cylindres.
Par ailleurs, à cause de la guerre de 14-18, les T.801 n'apparurent en Grand Prix qu'au début des années 20. Une T.802 équipée du moteur 8 cylindres termina à la 3-ème place au Grand Prix d'Italie 1921 avec le français Louis Wagner au volant.
En 1914, Fiat étudia un nouveau système moins compliqué comportant deux doubles arbres à cames en tête pour le moteur S 52. Mais il est peu probable que ce moteur ait été construit (l'Italie était en crise à cette époque).
une photo d'un moteur Fiat de Grand Prix de l'époque
La Bignan 11HP Sport desmo:
le schéma simplifié et le dessin réel du système Bignan à 4 soupapes parallèles par cylindre commandées par deux cames disque
Cette marque a été fondée par l'ingénieur Jacques Bignan en 1918.
La 11 HP Sport 4 cylindres 2 litres, produite en série de 1923 à 1925, était proposé aux clients dans une version dite "commerciale" à simple arbre à cames en tête.
Créé par l'ingénieur Causan pour les voitures d'usine, la distribution desmodromique était également disponible en option pour la clientèle. Elle procurait 70 hp à 3800 rpm avec un régime maxi de 5000 rpm
La 11 HP Sport, carrossée en torpédo, remporta de nombreux succès, dont une 3-ème et une 4-ème place aux 24 Heures du Mans en 1923, une victoire de catégorie au Grand Prix de Belgique en 1924, plusieurs victoires en course de côte et ainsi que divers records de vitesse en catégorie 2 litres. Bignan prit fréquemment le volant en course avec divers coéquipiers.
Mais la version desmodromique était fragile et Bignan préférait utiliser un moteur non desmo 4 soupapes par cylindres (d'ailleurs un peu plus puissant que le desmo) pour les épreuves de longue durée. Ce fut le cas aux 24 Heures du Mans.
A partir de 1926, Bignan en difficulté financière, s'orienta vers la production de berlines de tourisme, plus faciles à vendre que les voitures de sport.
Des dizaines d'autres systèmes (Azzariti, Vagova, Salmson) pour les plus connus) ont été testés par la suite dans ces années là. De nombreux brevets, plus ou moins viables ont été déposés, mais la distribution desmodromique tomba un peu dans l’oubli jusqu’aux années 1950 faute de fiabilité.
Les constructeurs d'automobiles contournèrent la difficulté en développant des moteurs multicylindres. Après les 4 cylindres lancés dès 1897, ce fut l'époque des 8 cylindres en ligne des années 1920 suivis par les V8, les V12 et les V16, comme l'Auto Union de Grand Prix de 1936. Avec des petites soupapes plus légères, les ressorts étaient moins sollicités.
En ce qui concerne les motos, dès 1905 le constructeur Belge FN produisit en série une machine propulsée par un 4 cylindres en ligne longitudinal de 410 cc (en lien). Une version 500 sera proposé ensuite (en lien).
Mais ce n'était pas la première moto à 4 cylindres. En 1897, l'Anglais Henry Holden construisit en petite série une machine propulsée par un moteur 4 cylindres à plat (photo) dont le transmission se faisait directement par les bielles (photo).
La première moto bicylindre de série fut produite en France en 1905 par les frères Werner, avec un vertical-twin de 430 cc (en lien).
En 1907 aux USA, Glenn Curtiss construisit une moto de record de vitesse propulsée par un V8 d'avion à soupapes latérales de 4000 cc et 40 hp (photo en lien). Il battit le record du Monde de vitesse à 218 Km/h (détails en lien).
Plus de 70 systèmes desmodromiques différents ont fait l'objet d'un brevet et ont été réalisés au cours du temps.
Ci-dessous, une classification des brevets des différentes types de distribution desmodromique:
Les Ducati "desmodue" appartiennent à la classe 6a et les "desmoquattro" à la classe 5 comme le Mercedes F1.
documents "Desmodromology" 
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Date de dernière mise à jour : 19/02/2021