On ignore encore de quand date les premiers moulins à eau mais il est fort probable que ces derniers soient le résultat des perfectionnements apportés à la noria utilisée au Proche-Orient pour l'irrigation. Les réflexions d'Archimède sur les engrenages au IIIe siècle avant J.-C. annoncent la fabrication des mécanismes d'entraînement qui viennent équiper les premiers moulins à eau, notamment ceux de Grèce du Ier siècle avant J.-C., bien avant l'apparition des moulins à vent. Le dispositif reste rudimentaire : une roue à aubes de bois verticale dont l'arbre est directement relié à une meule tourne sur une autre meule fixe. Le moulin à eau prend son véritable essor au XIe siècle.
L'invention du premier moulin à eau
Inventions majeures pour l’histoire de l’humanité, le moulin à eau et l’énergie hydraulique sont nés grâce au savoir-faire ancestral sur les canaux et les aqueducs. Le moulin à eau à roue verticale a été imaginé en Orient au Ier siècle av. J.-C. par des inventeurs anonymes proches du terrain. Il s’est ensuite répandu parallèlement dans les empires romain et chinois, surtout pour la mouture des céréales, mais aussi pour les premiers usages artisanaux. À la fin de l’Empire romain, cette innovation était présente dans toutes les provinces, en Orient comme en Occident.
Au Moyen Age, cet essor s’est poursuivi, et les usages se sont diversifiés : sciage du bois, pilons et soufflets pour la métallurgie, foulage pour l’industrie du drap, fabrication du papier, etc. Plus de 5600 moulins à eau sont recensés en Angleterre, après sa conquête par Guillaume le Conquérant en 1066. Au XIIIe siècle, on en compte 28 à Rouen, 16 à Provins, et au XIVe siècle, 130 à Grenade. À Toulouse, les moulins-bateaux sont au nombre de 60, dont ceux du Bazacle. À Paris, pas moins de 50 moulins sont dénombrés sur la Seine, sous les ponts, en pleine eau ou encore sous forme de moulins-bateaux.
De cette même époque, on peut aussi dater l’invention du moulin à marée, sur la façade occidentale de l’Europe. Au XVIIIe siècle apparaissent les premières concentrations préindustrielles dont l’hydraulique fournit toute l’énergie. En 1772, en France, plus de 140 forges intégrées sont recensées, avec ateliers de broyage, haut-fourneau et forge : la grande forge de Buffon, en Bourgogne, encore visible aujourd’hui, en est un exemple typique avec ses huit roues hydrauliques disposées sur trois canaux entre les ateliers.
Du moulin aux turbines hydrauliques
C’est ainsi que l’énergie hydraulique a précédé la machine à vapeur pour permettre, au XIXe siècle, l’essor des premières grandes filatures industrielles en Angleterre, puis en France et aux États-Unis. Dans ce pays, le site industriel textile de Lowell, en Nouvelle-Angleterre, créé en 1822, employait 7 500 personnes dans huit manufactures et disposait en 1847 de 191 roues hydrauliques. Tous les métiers à tisser des ateliers étaient mus par transmissions mécaniques depuis les roues hydrauliques, grâce à des engrenages, des courroies et des barres rotatives. À partir de 1849, ces roues à eau furent progressivement remplacées par des turbines.
L’invention des turbines hydrauliques a permis, à partir du milieu du XIXe siècle, d’utiliser l’énergie hydraulique de manière beaucoup plus efficace qu’avec les roues à eau. Le Stéphanois Benoît Fourneyron, âgé d’à peine 25 ans mais inspiré par son professeur, Claude Burdin, réalise en 1827 la première turbine à réaction à usage industriel, et l’expérimente sur une forge dans le Jura. L’ingénieur en chef du site américain de Lowell, James Francis, améliore cette roue, et développe vers 1855 la turbine à réaction qui portera son nom.
Vers 1870, Lester Allan Pelton met au point pour les besoins des mines de Californie la roue Pelton, une turbine à impulsion bien adaptée pour les hautes chutes. Dès l’invention de l’électricité, les turbines ont pu être couplées à des dynamos et des alternateurs, et l’énergie hydraulique a pu être acheminée plus loin des chutes d’eau. Aujourd’hui, celle-ci est la première des énergies renouvelables électrogènes, et elle produit environ 20 % de l’électricité consommée de par le monde.
Pour aller plus loin
- Les moulins à eau en France, de Michèle Morin et Emile Couraud. Sutton, 2005.