Toupie et hélice de bois

Comme mes petits-enfants habitent dans les lointaines Rocheuses, j’ai peu d’occasions de les rencontrer. Chaque rencontre devient donc une fête et un moment pour leur réserver quelques surprises. Comme grand-père bricoleur, j’aime toujours leur fabriquer un petit quelque chose. Cette année j’ai décidé de revisiter un vieux classique du jouet pour enfant : la toupie. Quand j’avais l’âge de mon petit-fils (6 ans) j’avais une toupie en métal que l’on pouvait faire tourner avec une tige centrale torsadée terminée par une petite poignée rouge. En poussant et tirant sur cette tige la toupie tournait en prenant de la vitesse à chaque aller-retour de la tige. Cette toupie était un jouet industriel très répandu et bien connu par les gens de ma génération. On sait toutefois que la toupie jouet existait en Chine il y a plus de 4000 ans, des toupies en poterie ont été retrouvées dans des sites archéologiques. Dans des tableaux anciens en Europe on retrouve parfois des enfants qui font tourner des toupies de bois.

La toupie est un jouet simple, avec un tour de potier ou un tour à bois, il est relativement simple d’obtenir une forme équilibrée qui pourra tourner autour de son axe et sur une pointe fine qui réduira la friction avec la surface de contact. La forme de la toupie aura bien sûr un effet sur sa durée de rotation, ainsi plus la masse principale sera basse (près de la surface de contact) et éloignée de l’axe central de la toupie, plus cette dernière tournera longtemps. Les toupies les plus simples sont lancées en tournant rapidement la tige entre le pouce et l’index, mais pour atteindre des vitesses de rotation supérieure et augmenter ainsi la durée de rotation, certaines toupies sont lancées à partir d’un lanceur qui est constitué d’un manche et d’un embout qui reçoit la tige de la toupie, un petit trou dans l’axe permet d’y enfiler une corde qui s’enroulera autour de l’axe. En tenant fermement la poignée du lanceur et en tirant rapidement sur la corde, la toupie se dégagera du lanceur, animée d’une grande vitesse de rotation. C’est ce modèle de toupie que j’ai donc décidé de réaliser.

Comme il est difficile de refaire la roue, je n’ai donc pas cherché à réinventer la toupie ! Mes recherches m’ont toutefois amené à combiner 2 fonctions pour le lanceur, en plus de faire tourner la toupie il sert également à propulser dans les airs une petite hélice fixée au bout d’une tige. La tête du lanceur est donc percée sur deux axes pour lui permettre de lancer la toupie sur un plan horizontal et l’hélice à la verticale, vers le ciel. Comme pour la toupie, le lanceur est réalisé en grande partie sur le tour à bois. J’ai débuté par une pièce carrée de 1 ¼ »’x 1 ¼ »’x 6’’ (32mmx32mmx152mm) et j’ai délimité au crayon la poignée de la tête du lanceur. Comme il est plus facile de percer une surface plane qu’une surface courbe, j’ai donc percé l’orifice d’accès à la tige de la toupie et à l’hélice avec la perceuse à colonne avant de tourner la pièce. J’ai également percé les 2 trous de l’axe horizontal, mais pas celui de l’axe vertical, car ce dernier correspondait à la position exacte de la pointe de la poupée mobile du tour à bois, ce trou a donc été percé une fois que la pièce complète a été tournée. Pour percer le trou de l’axe vertical avec précision j’ai laissé à la base de poignée (du côté de la poupée fixe) une pièce de ¼''(6mm) d’épaisseur et d’un diamètre 1 1/8'' (29mm) cette plateforme a permis de stabilisé le lanceur sur le plateau de la perceuse à colonne. Une fois le trou percé, j’ai détaché, à l’aide d’une scie japonaise, la pièce qui a servi de base et avec une lime et du papier abrasif j’ai fait disparaître sur la poignée le point de contact.

J’ai choisi de tourner la toupie dans un laminage de bois (une pièce de 1 ¾ »’x 1 ¾ »’ x 2 1/2 » / 44mmx44mmx64mm), du chêne et du satiné rubané pour y ajouter une touche de couleur. La densité de ces 2 bois garantit un bon poids à la toupie et donc l’inertie nécessaire pour prolonger la stabilité et la durée de la rotation. J’ai tourné la toupie “en l’air” c’est-à-dire sans l’assistance de la poupée mobile du tour. La pièce d’ébauche a été retenue à la poupée fixe à l’aide d’un mandrin à quatre mors. Avec une gouge j’ai façonné la toupie d’une forme assez classique, c’est-à-dire en forme de betterave ou d’oignon un peu à l’image des pignons de la cathédrale Saint-Basile de la Place Rouge. On retrouve cette forme de toupie dans certaines œuvres du peintre brabançon Pieter Brughel l’ancien, notamment dans celle intitulé “jeux d’enfants” datant de 1560. Sans ce tableau, des enfants lancent des toupies à fouet (ce genre de toupies est lancé en enroulant une corde autour de la toupie, la corde est elle-même fixée au bout d’une tige de bois) sous le portique de bâtiment. Une fois la forme obtenue j’ai percé un trou sur le dessus de la toupie pour y insérer la tige (un goujon de ¼''(6mm) de diamètre en érable) et j’ai percé un trou de 1/8’’(3mm) sur la pointe pour y insérer une petite tige de nylon (en fait, c’est une simple vis de nylon à laquelle j’ai coupé la tête) pour réduire la friction de la toupie avec le sol.

Fragment de l'oeuvre "jeux d'enfants" de Pieter Brueghel l'ancien réalisée en 1560, où l'on peut voir un groupe d'enfants qui font tourner des "toupies à fouet". La toupie est un jouet qui a bien traversé les siècles ! 

La toupie a été tournée "en l'air" c'est-à-dire sans utiliser la poupée mobile du tour.

Si le tournage de la toupie est relativement simple à réaliser, la fabrication de l’hélice demande un peu plus d’attention, car si elle n’est pas parfaitement équilibrée elle volera de manière erratique, sans prendre de l’altitude. L’équilibre de l’hélice doit bien sûr être parfait entre les deux pales, mais également entre l’hélice et la tige. En effet, le poids de la tige permet de stabiliser les mouvements oscillatoires de l’hélice, avec une tige trop légère et trop courte l’hélice oscillera fortement au lieu de tourner de manière régulière autour de son axe, ce qui l’empêchera également de prendre de l’altitude. J’ai taillé l’hélice avec un jeu de limes (voir plan plus bas) dans une pièce de cèdre de 3/8’’(9,5mm) d’épaisseur, de 7/8’’(22mm) de largeur et de 7’’(178mm) de longueur, alors que pour la tige j’ai utilisé un goujon en bouleau jaune de ¼''(6mm) de diamètre et de 6’’(152mm) de longueur. J’ai dû faire quelques essais avant de trouver les proportions idéales entre l’hélice et sa tige. Bien sûr, si vous réalisez l’hélice avec un bois plus léger que le cèdre (ex. du balsa) ou plus lourd que le bouleau jaune vous devrez nécessairement ajuster les proportions du plan. On peut facilement tester l’hélice en faisant rouler la tige entre ses deux mains (les mains glissant rapidement l’une sur l’autre en sens opposé) et en relâchant le tout rapidement.