Engrenages, cames et ressorts : la mécanique des premières machines à rouleaux
Engrenages, cames et ressorts : la mécanique des premières machines à rouleaux
Ouvrez le carter d'une machine à rouleaux des années 1930 et vous ne découvrez rien d'étranger. Un long ressort de traction, un arbre central, des disques crantés, des leviers de rappel, un échappement d'horlogerie qui mesure le temps à la place d'un calculateur. Le vocabulaire est celui de l'atelier : jeu fonctionnel, indexation, portée, dégraissage.
La différence tient à l'organe de sortie : trois rouleaux qui doivent s'immobiliser exactement dans une fenêtre, puis des doigts métalliques qui vont « lire » ce qui s'est arrêté devant eux. Sans un seul fil électrique, ces machines font ce qu'on confierait aujourd'hui à un capteur et à un microcontrôleur.
L'essentiel à retenir
- La machine de Charles Fey ramène un problème insoluble à un problème calculable : trois rouleaux et cinq symboles au lieu de cinq tambours et cinquante cartes.
- Avec dix positions d'arrêt par rouleau, trois rouleaux n'offrent que 10³ = 1 000 combinaisons ; vingt-deux positions portent le total à 10 648.
- La rotation ne vient pas d'un moteur mais d'un ressort de traction qui lance les disques via une pièce à trois palettes, le kicker.
- L'arrêt des rouleaux dans l'ordre 1-2-3 est piloté par une « horloge » à échappement, exactement comme un régulateur mécanique.
- En restauration, le dégraissage fait l'essentiel du travail : certaines pièces ne doivent jamais recevoir d'huile.
Pourquoi cette machine est-elle une solution d'ingénieur ?
Au début des années 1890, Sittman and Pitt, à Brooklyn, construisent un appareil à cinq tambours portant cinquante faces de cartes, inspiré du poker. Le joueur tire un levier, les tambours tournent, et c'est tout : l'appareil n'a aucun mécanisme de paiement, parce qu'aucun train d'organes mécaniques de l'époque ne pouvait reconnaître une main parmi cinquante cartes. Le tenancier lisait l'affichage et donnait un cigare ou une bière.
Charles Fey, mécanicien établi à San Francisco, s'attaque au vrai problème : rendre la lecture du résultat exécutable par une machine. Il passe de cinq tambours à trois rouleaux et de cinquante faces à cinq symboles : fer à cheval, losange, pique, cœur et la cloche de la Liberté. Le nombre d'états tombe à un millier, et détecter un alignement devient une opération géométrique simple. C'est cette simplification qui rend le paiement automatique réalisable, et non l'inverse. Trois cloches alignées déclenchaient le gain maximal, dix pièces de cinq cents.
La date exacte n'est pas établie : les sources donnent 1894, 1895, 1898 ou 1899. La raison est parlante pour un atelier — Fey n'a jamais déposé de brevet, faute de pouvoir le faire en Californie, et il n'existe aucune date de dépôt pour trancher. Né en Bavière en 1862, passé par un fabricant d'outils agricoles puis par la Western Electric Works, il meurt à San Francisco en 1944. Sans brevet, les copies se multiplient sans normalisation : d'où des mécanismes qu'il faut réajuster pièce par pièce.
Comment un ressort met-il trois rouleaux en rotation ?
Il n'y a pas de moteur. L'énergie vient du geste sur le levier latéral, est stockée dans un ressort, puis restituée d'un coup. Les trois rouleaux sont montés sur un arbre central portant trois disques crantés ; sous cet arbre, un second axe porte le kicker, une pièce à trois palettes alignées sur les disques.
Au repos, deux familles de ressorts tiennent l'ensemble : le kicker reste en retrait derrière les disques, que les butées d'arrêt verrouillent. Au départ du cycle, le long ressort de traction tire le kicker, dont les palettes frappent la face inférieure des disques et les lancent. Un deuxième ressort escamote aussitôt la partie haute du kicker pour que les rouleaux ne viennent pas buter dessus — un lanceur à ressort avec dégagement automatique, le réflexe de conception d'un démarreur à inertie. D'où le symptôme classique d'une machine fatiguée : pas une panne franche, mais un ressort détendu, des rouleaux mous, un cycle déréglé en cascade.
Qu'est-ce que « l'horloge » de la machine ?
Les trois rouleaux s'arrêtent de gauche à droite, dans l'ordre 1-2-3, et cet ordre est imposé par une pièce que les restaurateurs appellent l'horloge : un échappement d'horlogerie qui se détend lentement et libère le temps par paliers. Le levier de temporisation est la pièce qui, au fur et à mesure que l'horloge se détend, autorise chaque levier d'arrêt à venir au contact de sa roue à étoile. Le même levier déclenche ensuite les doigts chargés de lire le résultat.
La roue à étoile est le cœur de l'indexation : ses creux correspondent aux positions d'arrêt, et quand le levier y tombe, le rouleau s'immobilise exactement sur une position, symbole centré dans la fenêtre. Indexation positive, même famille qu'un cran de boîte — la pièce ne choisit pas où s'arrêter, elle tombe dans le creux le plus proche. D'où le vocabulaire des collectionneurs : une machine « 10 stop » a dix creux par roue, une « 20 stop » en a vingt.
Comment la machine lit-elle un résultat sans électricité ?
C'est la partie la plus élégante. Les disques sont percés de trous à des positions précises correspondant aux symboles. En fin de cycle, les doigts de paiement verticaux avancent ensemble vers les disques. Un doigt ne va au bout de sa course que si les trois disques lui présentent un trou aligné sur son axe ; si un seul présente du métal plein, le doigt est bloqué.
La machine réalise donc une fonction logique « ET » à trois entrées, en acier, sans aucun composant actif. Un doigt qui passe libère une glissière de paiement calibrée pour un nombre de pièces donné, et un verrou de séquence bloque toutes les glissières tant que les rouleaux ne sont pas arrêtés : même esprit qu'un interverrouillage interdisant d'engager deux rapports à la fois.
Les conséquences en tolérances sautent aux yeux : un disque voilé, une roue usée, un ressort affaibli, et le doigt se présente à quelques dixièmes de millimètre à côté du trou. La machine ne tombe pas en panne, elle donne un résultat faux. C'est là qu'est le plafond de l'architecture. Avec trois rouleaux et dix symboles, on obtient 10³ = 1 000 combinaisons et pas une de plus ; le nombre de symboles est monté à environ vingt-deux, soit 10 648. Au-delà, les creux deviennent trop petits et l'usure trop rapide — le mur que rencontre un concepteur de boîte voulant multiplier les rapports dans un carter fixe.
Quelles sont les grandes générations de ces mécanismes ?
| Époque | Machine et constructeur | Ce qui change mécaniquement |
|---|---|---|
| Début des années 1890 | Sittman and Pitt, Brooklyn | Cinq tambours, cinquante cartes : paiement automatique impossible |
| Milieu des années 1890 | Liberty Bell, Charles Fey, San Francisco | Trois rouleaux, cinq symboles : le résultat devient lisible mécaniquement |
| 1907 | Operator Bell, Herbert Mills, Chicago | Production industrielle ; symboles fruits et barre |
| 1915 | Mills Novelty Company | La fonte cède la place au bois, bien plus léger |
| 1963 | Money Honey, Bally | Premier appareil électromécanique ; trémie sans fond |
| 1976 | Fortune Coin Co., Kearny Mesa | Un écran remplace les rouleaux ; levier décoratif |
Un détail amuse toujours les ateliers : les symboles fruits de l'Operator Bell — citron, cerise, orange, prune — désignaient les parfums des chewing-gums distribués, et la barre « BAR » n'est que le dessin stylisé d'un bâton de gomme Bell-Fruit.
La bascule de 1963 est celle que reconnaîtra tout mécanicien ayant vécu l'arrivée de l'injection électronique : la Money Honey de Bally, premier appareil à trémie sans fond, payait jusqu'à 500 pièces sans intervention humaine. Le levier latéral n'a plus servi qu'au geste, puis a disparu — ce qui exigeait une machine, une pièce et un bras tient aujourd'hui dans un écran, des paris sportifs aux jeux de casino.
Que faut-il pour restaurer un de ces mécanismes ?
La règle surprend ceux qui arrivent de l'automobile : on nettoie beaucoup, on graisse très peu. Don Creekmore, restaurateur spécialisé dans les machines de 1880 à 1951, est catégorique sur le produit à proscrire : le WD-40 lubrifie sur le moment, mais attire la poussière et empâte le mécanisme.
- Démontage complet et repérage photo : deux machines du même modèle n'ont pas toujours des pièces interchangeables.
- Dégraissage de la graisse durcie, au kérosène additionné d'un solvant, à la brosse, pièce par pièce.
- Traitement de la corrosion en préservant les contacts des leviers et des roues à étoile : des portées fonctionnelles.
- Remplacement des ressorts fatigués, le poste qui fausse le plus souvent la temporisation.
- Graissage minimal, à l'huile fine de type 3-en-1, uniquement aux articulations.
- Réglage de la temporisation, puis cycles à vide pour vérifier que les rouleaux s'arrêtent dans l'ordre, bien centrés.
Deux interdits font l'unanimité : les glissières de paiement ne reçoivent jamais d'huile, et l'escalier à pièces n'est lubrifié qu'en quelques points précis. Si de l'huile atteint la monnaie, les pièces se collent et bloquent les glissières.
Questions fréquentes
Pourquoi les rouleaux s'arrêtent-ils toujours dans l'ordre ?
Parce que l'échappement se détend progressivement et libère les trois leviers d'arrêt l'un après l'autre. La séquence laisse au mécanisme le temps d'amener chaque rouleau sur une position indexée avant la lecture.
Un mécanisme de ce type peut-il être réglé pour modifier les chances ?
Oui, depuis l'origine : sur l'appareil de Sittman and Pitt, l'exploitant retirait le dix de pique et le valet de cœur, doublant la difficulté de la meilleure main. Sur les machines à rouleaux, ce sont la composition des bandes et la disposition des trous qui déterminent les probabilités.
Par où commencer sur une machine bloquée ?
Par le nettoyage, jamais par le remplacement : un mécanisme figé l'est presque toujours à cause d'une graisse durcie depuis des décennies. Un dégraissage complet, un contrôle des ressorts et quelques cycles à vide suffisent à trouver le vrai défaut.
Ce que ces machines enseignent encore
Ces mécanismes ne contiennent aucune intelligence : ils contiennent une géométrie, et c'est elle qui décide. Tout l'art de leurs concepteurs fut de réduire le problème jusqu'à le rendre mécaniquement traitable.
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