Distribution: Coulisse de Stephenson

• Principe:
C’est une solution avec deux excentriques calés symétriquement. Le principe est résumé sur le schéma ci-dessous :



- La biellette de commande du tiroir « «TG» est guidée pour n’avoir qu’un degré de liberté en translation.
- Deux excentriques identiques, «A» & «B» sont installés sur l’arbre moteur, calés symétriquement par rapport au PMH. Les angles «Calage A» & «Calage B» ont donc la même valeur.
- Les biellettes «AA’» & «BB’», de même longueur, sont reliées à deux pivots sur la fameuse coulisse, une pièce en arc de cercle, comprenant une rainure dans laquelle peut se déplacer un galet ou coulisseau «G» lié à la biellette « TG ».
-La position de la coulisse par rapport au galet «G» peut donc être changée à la demande.

Rappelons-nous que le sens de rotation est fixé par le sens du calage : La manivelle du tiroir doit précéder la manivelle du piston dans le sens de rotation du moteur (la manivelle du piston doit « courir » après l’excentrique du tiroir).

Avec la coulisse en position «1» :
- Le mouvement du point «A’» ne dépendra que de l’excentrique «A», le point «G» ne pouvant bouger qu’en translation.  
- Ce qui implique que le tiroir sera asservi à l’excentrique «A» et donc le moteur tournera dans le sens horaire.
- L’autre extrémité de la coulisse, en «B’»,  oscillera librement autour du point « G » (lui-même se déplaçant verticalement) sans aucun effet sur le déplacement de « A’ ».

Avec la coulisse en position «2» :
- Le mouvement du point « B’ » ne dépendra que de l’excentrique «B», le point «G» ne pouvant bouger qu’en translation.  
- Ce qui implique que le tiroir sera asservi à l’excentrique «B» et donc le moteur tournera dans le sens antihoraire.
- L’autre extrémité de la coulisse, en «A’»,  oscillera librement autour du point « G » (lui-même se déplaçant verticalement) sans aucun effet sur le déplacement de « B’ ».

Donc simplement en basculant la coulisse de la position «1» à la position «2», nous réalisons bien le changement de sens de la marche.
A noter que pour éviter des mouvements parasites et avoir un fonctionnement identique dans les deux sens, l’attache de la biellette de commande doit idéalement se trouver au centre de la coulisse et non décalée comme sur le dessin.
Le fait qu’en général les axes « A’ » & « G » (de même « B’ » & « G ») ne sont pas confondus entraînent également des oscillations parasites. Certains modèles n'ont pas ce décalage mais au prix d'un élargissement de la coulisse peu compatible avec les très petites machines.

• Que se passerait il si nous positionnions la coulisse non plus en « 1 » ou en « 2 » mais quelque part entre ces deux positions ? On peut démontrer (ce n’est pas simple !...)que dans ce cas le mouvement du tiroir correspondrait à celui imposé par un excentrique unique, mais de diamètre et angle de calage différents de « A » & « B ». Avec cet artifice, on peut faire varier la durée d’admission, donc la détente, mais aussi l’avance à l’admission et la compression qui y sont liées. Cet « excentrique » qui n’existe pas physiquement est dit « fictif ». On peut même en jouant avec cet excentrique fictif obtenir l’arrêt de la machine.
C'est principalement une considération de cheminots qui font marcher les trains avec la coulisse à 0 lorsque le train est lancé, mais qui utilise la coulisse à fond pour le démarrage qui demande un couple moteur maximum. Les différents crans intermédiaires servent lors du franchissement des côtes ou des faux-plats.
Pour un navire le problème est différent. Il y a une allure de manœuvre qui sert pour les arrivées et départ du port. Dans ce cas la puissance utilisée ne dépasse pas 25% de la puissance maximum. Seules trois positions sont utilisées avec la coulisse : AV, AR et stop. Pas de positions intermédiaires de la coulisse, le réglage du nombre de tours se faisant en ouvrant plus ou moins la vanne registre. Une fois les manœuvres terminées la coulisse est bloquée en marche AV et la montée en allure se fait en ouvrant progressivement la vanne registre. Cette montée en allure prend généralement une demi-heure à trois quarts d'heure pour atteindre l'allure de route libre qui se fait à 85 ou 90% de la puissance maximum pour des raisons d'économie. Avec un train, une fois qu'il est lancé on peut couper le moteur, pas avec un navire, d'où des pratiques différentes. A titre indicatif un TGV n'est alimenté en énergie électrique que sur 30% du trajet.

En modélisme et à nos échelles, en général seules les deux positions extrêmes sont exploitées, et la coulisse est commandée via un servomoteur et deux positions.

• Bielles ouvertes versus bielles croisées :
En observant le schéma de principe, on peut noter qu’il y a deux façons de connecter les excentriques.



Avec le piston au PMB (c’est une convention) :
- Soit les barres d’excentrique ne se croisent pas et on appelle ce montage à « bielles ouvertes » ou à « bielles droites ».
- Soit les barres d’excentrique se croisent et on appelle ce montage tout simplement à « bielles croisées ».
C’est une convention, car il est évident qu’après un demi-tour, les bielles « droites » seront « croisées » et les bielles « croisées » seront droites.

Sur les machines réelles, le type de montage avait une influence sur l’avance à l’admission pour les positions moyennes du levier de commande. Aux positions extrêmes, seules exploitées en général en modélisme, le type de montage n’a aucun impact sur la distribution, mais peut permettre d'affecter une excentrique de marche arrière à la marche avant et inversement.

Assez simple dans le concept et la réalisation, très courante en modélisme, la coulisse de Stephenson a pourtant un défaut majeur : Il faut deux excentriques par piston et donc sur un bicylindre 4 excentriques. Il en résulte une multiplication des articulations avec :
- Des pertes mécaniques par frottement et une usure inévitable des paliers. A moins de tout monter sur roulement et faire une œuvre d’horlogerie…
- Une addition des jeux de fonctionnement, qui sont relativement considérables par rapport à une machine « grandeur » et qui s'additionnent à chaque articulation : Jeu du collier d'excentrique sur son chariot + jeu de l'articulation de la bielle d'excentrique sur la coulisse + jeu de la connexion de la tige de tiroir sur la coulisse… Il peut en résulter une précision très aléatoire du mouvement du tiroir, en particulier sur des tiroirs dont le recouvrement n'excède pas quelques dixièmes de mm. Il faut donc soigner l’usinage sous peine d’avoir beaucoup de mal à régler la distribution ou avoir un fonctionnement un peu erratique.

Un exemple : (image « Anton »)