La machine de Huygens – partie 2 : les limites d’une idée ingénieuse
Alors que l’amélioration des horloges l’occupera toute sa carrière, Huygens ne consacre qu’une partie de l’année 1673 à sa machine à poudre. Réalisée en plusieurs exemplaires, elle est conçue et testée dans les locaux de la Bibliothèque du roi avec l’aide de Denis Papin, ingénieur talentueux entré à son service un an plus tôt.
Une explosion pour faire le vide ?
Au XVIIe siècle, la poudre à canon consiste en un mélange de salpêtre, de soufre et de charbon qui sert essentiellement à projeter des boulets de canon et des balles de mousquets ou à creuser des mines. Mais Huygens recherche un procédé qui ralentisse l’effet de l’explosion, persuadé que « si cette impetuosité trop prompte pouvait être modérée et réduite à une force plus traitable, elle deviendroit utile dans tout le reste de la mechanique ». Il n’ignorait sans doute pas l’existence de petites machines à vapeur conçues durant l’Antiquité, notamment par Héron d’Alexandrie. Mais son dispositif, qui fait appel à l’explosion de la poudre à canon, s’inspire des découvertes encore récentes sur les propriétés du vide et la pression atmosphérique et, comme Huygens le précise, « personne que je scache jusqu’icy ne l’a effectuè avec succes, au moins on n’a point vu paroistre d’invention pour cela. »
Description de la machine
Christian Huygens débute son projet au cours de l’hiver 1673. Le 10 février, il écrit dans ses papiers personnels avoir trouvé un moyen pour disposer à volonté d’un « Agent tres puissant et qui ne couste rien a entre tenir », contrairement aux chevaux et aux hommes. Il y note également ses réflexions sur la manière de réaliser sa machine dont il fait quelques croquis. Un mois avant d’en faire la démonstration à ses confrères, Huygens la décrit dans un bref mémoire qu’il intitule « Nouvelle force mouvante au moien de la poudre à canon et de l’air », document actuellement conservé aux archives de l’Académie des sciences.

Fig. 1 : Ch. Huygens, Nouvelle force mouvante par le moien de la poudre à canon et de l’air, p. 1.
Globalement, l’appareil que Huygens conçoit consiste en un cylindre vertical dans lequel un piston enveloppé de cuir est libre de circuler. Dans une première version, il est en plâtre moulé recouvert d’un mélange d’huile et de cire. Huygens a aussi envisagé de réaliser un cylindre en cuivre, avant d’utiliser des lames de fer enduites d’étain puis de plâtre. Le bord supérieur du cylindre est percé de deux ouvertures latérales, chacune munie d’un tuyau en cuir souple humidifié qui pend à l’extérieur. Une corde est accrochée sur le dessus du piston et reliée à un poids posé au sol par l’intermédiaire d’une poulie. Pour ne pas être soulevé lorsque le piston est poussé vers le bas, le cylindre est attaché à un châssis vissé à un support, peut-être à même le sol. Enfin, une coupelle fixée au fond du dispositif est remplie de poudre à canon dans laquelle plonge une mèche.
Quelles applications ?
Huygens envisage d’utiliser sa machine pour soulever des pierres sur les chantiers de construction, élever l’eau qui alimente les fontaines ou entraîner les moulins à grains, sans utiliser la force des animaux, des humains ou du vent. Il estime également qu’elle pourrait avoir un usage martial en projetant « des boulets et des flèches avec beaucoup de force » comme le font les balistes. Mais cet argumentaire était peut-être destiné à convaincre Colbert de l’utilité de son invention. Dans ses carnets personnels, Huygens imagine secrètement que celle-ci pourrait donner lieu à « de nouvelles sortes de voitures tant par eau que par terre » et qu’il ne serait pas non plus « impossible d’en trouver quelqu’une pour aller par l’air ». Dans une lettre en date du 22 septembre 1673, il se montre à peine plus prudent et confie à son frère Lodewijk qu’« il ne serait pas impossible de construire par ce moyen quelque machine (je n’ose pas dire pour voler) mais qui s’eleveroit du moins en l’air et celuy qui s’y voudrait fier ». Ce propos énigmatique semble faire croire à Lodewijk que l’appareil utilise la poussée d’Archimède, ce que Christian corrige : « ce n’estoit pas par la legerete du vuide que je pretendois de l’elever en l’air mais par la force du mouvement adaptè a des aisles ou quelque chose de semblable ». Difficile de ne pas percevoir à travers ces témoignages l’enthousiasme et l’ambition de Huygens à propos de sa machine.
Fonctionnement
Avant de « démarrer » la machine, le piston est maintenu tout en haut du cylindre par un système de vis, avant d’être recouvert d’eau (Huygens ne précise pas son rôle. Était-ce pour absorber une partie de la chaleur dégagée ?). Puis la mèche est allumée1. Au moment de l’explosion, les tuyaux se soulèvent à l’horizontal sous l’effet de « l’air » et des fumées expulsés. Sans compter le vacarme, la mise à feu est accompagnée d’une secousse telle que Huygens doit placer sur le piston des éponges surmontées d’une plaque pour éviter que l’eau ne se déverse.
Malgré l’usage de la poudre à canon, la machine de Huygens ne peut pas être considérée comme un ancêtre du moteur à explosion, ni même son ébauche. En effet, le souffle de la détonation n’a pas pour vocation à pousser le piston vers le haut (puisqu’il s’y trouve déjà), mais à chasser l’air hors du cylindre par le biais des tuyaux en cuir. En résumé, l’explosion est censée faire le vide par le souffle qui la caractérise. Si ce but est atteint, estime Huygens, la pression à l’intérieur du dispositif deviendra très faible par rapport à celle de l’air extérieur. Par conséquent, les tuyaux en cuir doivent se replier sous l’effet de la pression atmosphérique et boucher les ouvertures latérales. Simultanément, le piston sera poussé vers le fond du cylindre, tout en entraînant vers le haut le poids accroché à la corde. C’est du moins l’effet que Huygens espère obtenir.

Fig. 2 : Croquis réalisés par Huygens de sa machine à poudre à canon (1673).
La machine de Huygens, une invention de Papin ?
Selon certains auteurs, non seulement la fabrication mais aussi l’idée de la machine à poudre à canon serait uniquement due à Denis Papin et non à Christian Huygens qui s’en serait injustement attribué la paternité2. Il faut admettre que la conception du dispositif un an après le recrutement de Papin peut susciter des doutes, tandis que Huygens a interrompu depuis longtemps ses expériences sur le vide. Mais en 1660, Huygens discutait déjà avec Pascal « de la force de l’eau raréfiée dans les canons » [donc, de la pression de la vapeur dans des conduits] et de la possibilité de voler3. Dans le programme qu’il présentait à Colbert, il proposait ensuite que l’Académie examine la « force de l’eau raréfiée par le feu » et celle de la poudre à canon enfermée dans une boîte. Ces idées ne sont pas très éloignées du projet de « nouvelle force mouvante » et celui-ci a certainement mûri dans l’esprit de l’académicien avant de se concrétiser. Quant à Papin, il écrira explicitement quinze ans plus tard que Huygens est bien l’inventeur de la machine à poudre à canon, tout en rappelant qu’il l’a assisté dans sa mise en œuvre4.
Limitations
Huygens et Papin réalisent diverses versions de la machine à poudre, en débutant par des modèles réduits. La plus petite possédait un cylindre de 2 pouces ½ (env. 7 cm) de diamètre et 20 pouces (env. 54 cm) de haut. La plus grande, un diamètre de 1 pied (env. 33 cm) et une hauteur de 3 pieds ½ (env. 1,1 m). Selon Huygens, avec un piston d’un pied de diamètre, l’appareil devait être capable de soulever une charge de 1 800 livres (env. 900 kg), ce qui n’est possible, précise-t-il, qu’à condition « que le cylindre fût tout à fait vide d’air »5. Mais, ajoute-t-il dans son mémoire, « c’est ce que jusqu’ici je n’ai su effectuer, et même les expériences en grand et en petit n’ont pas réussi en ce point de la même façon. »6 Si, comme il l’écrit à son frère, Huygens a « fait voir des effects surprenans a elever des poids et des hommes que tiroient la corde », le dispositif possède un inconvénient que lui et Papin ne parviendront jamais à corriger : le piston ne descend jamais tout au fond du cylindre.
Malgré les précautions prises, la machine à poudre de Huygens souffrait d’un défaut d’étanchéité, en raison des pores présents dans le plâtre, écrira Papin en 16887. Mais pour Huygens le problème n’est pas là : il provient en premier lieu de l’insuffisance de l’évacuation de l’air au moment de l’explosion. C’est pourquoi un deuxième tuyau en cuir est ajouté à la version initiale de la machine qui n’en comportait qu’un. Huygens estime également que le vide sera plus facile à obtenir si le cylindre est de plus grande dimension. Lui et Papin s’efforcent aussi de trouver les bonnes proportions entre hauteur et diamètre du cylindre afin, suppose Huygens, de « faire plus de vide avec le moins de poudre ». Mais les différents modèles qu’ils mettent au point ne résolvent en rien le problème. Il s’avère même que plus la machine est grande, moins le piston s’abaisse ! Il parcourt les 5/6 du cylindre pour les petits appareils, tout juste la moitié pour les plus grands. Et utiliser davantage de poudre n’y change rien non plus.
Huygens est bien conscient que sa machine n’est pas « dans la perfection qu’on pourrait souhaiter » mais la considère néanmoins « comme une pensée, qui aiant réussi en partie, pourra être poursuivie et peut-être perfectionnée davantage ». Malgré cet optimisme, les démonstrations qu’il réalise avec Papin dans la Bibliothèque du roi ne semblent pas convaincre les académiciens8. De fait, Huygens délaisse probablement au cours de l’année 1673 ce projet qui lui avait paru si prometteur, mais non Papin qui continue d’essayer de faire le vide en utilisant la poudre à canon. En 1688, celui-ci remplace les tuyaux en cuir par un système de soupape intégré au piston et utilise un cylindre fait d’une feuille de cuivre dont l’étanchéité lui semble irréprochable. Mais cette nouvelle version s’avère aussi inefficace que les précédentes.
Un défaut impossible à comprendre
Rétrospectivement, la difficulté rencontrée par Christian Huygens et Denis Papin s’interprète simplement : l’explosion de la poudre à canon est une transformation chimique dont certains produits sont des gaz9. Plus exactement, la déflagration est la conséquence de leur production et leur expansion rapides qui s’accompagnent d’un important dégagement de chaleur. En résumé, il était illusoire d’espérer faire le vide en utilisant de la poudre à canon. Peut-on pour autant parler d’erreur de la part de Huygens et Papin ? Assurément non, car notre interprétation fait appel à des notions qui leur étaient étrangères. Si les chimistes commencent à isoler quelques gaz au cours du XVIIe siècle, ils sont loin d’assimiler une explosion à une combustion10. Il faut attendre les années 1780 pour que la combustion soit d’abord associée par Lavoisier comme une réaction entre un combustible (charbon, métal, soufre, …) et l’oxygène de l’air. Un siècle de plus sera nécessaire pour que l’explosion de la poudre à canon soit interprétée comme une production rapide de gaz très chauds résultant d’une réaction entre les combustibles (charbon et soufre) et le comburant (nitrate de potassium du salpêtre) qu’elle contient11.
En définitive, l’échec relatif de la « nouvelle force mouvante » au XVIIe siècle provient d’une absence de connaissances et d’outils conceptuels, pas d’un raisonnement erroné. Mais s’il ne comprendra pas plus que Huygens l’origine du problème de la machine à explosif, Papin parviendra à le résoudre en empruntant une voie très différente. Celle-ci fera l’objet de la troisième et dernière partie de cet article.
Marc Kefer
Chargé de valorisation des archives de l’Académie des sciences
Crédit des illustrations
Illustration mise en exergue : Oeuvres complètes de Christiaan Huygens. Supplément à la correspondance varia. Biographie de Chr. Huygens. Catalogue de la vente des livres de Chr. Huygens / publ. par la Société hollandaise des sciences. Source de l’image : Bibliothèque nationale de France, département Philosophie, histoire, sciences de l’homme, 4-R-788 (22), Gallica.
Figure 1 : Ch. Huygens, Nouvelle force mouvante par le moien de la poudre à canon et de l’air, p. 1. Source de l’image : Archives et collection patrimoniale de l’Académie des sciences.
Figure 2 : Les croquis de Huygens proviennent des Oeuvres complètes de Christiaan Huygens. Supplément à la correspondance varia. Biographie de Chr. Huygens. Catalogue de la vente des livres de Chr. Huygens / publ. par la Société hollandaise des sciences. Source de l’image : Bibliothèque nationale de France, département Philosophie, histoire, sciences de l’homme, 4-R-788 (22), Gallica.
- Huygens n’indique pas si la mèche sort du dispositif ou si elle est entièrement à l’intérieur du cylindre. La première situation paraît peu probable, en raison des problèmes d’étanchéité qu’elle engendrerait. La seconde impliquerait d’allumer la mèche avant de refermer le cylindre. [↩]
- Andriesse C. D., Christian Huygens, Paris, Albin Michel, 1993 (1998 pour la version française), p. 295. À propos de la collaboration de Papin et Huygens, on pourra également lire : Cabanes Ch., Denys Papin. Inventeur et philosophe cosmopolite, Société française d’éditions littéraires et techniques, Paris, 1935, pp. 58-61 et pp. 163-167. [↩]
- Cité par C. D. Andriesse, p. 213. [↩]
- Papin D., « de Novo Pulveris Pyrii usu», Acta eruditorum, septembre 1688, pp. 500-501. Papin écrit, page 500, au début du deuxième paragraphe : « Dominus enim Hugenius didae machinae inventor » (« Car le seigneur Huygens est l’inventeur de ladite machine »). Il ajoute, page 501 : « mihi tunc temporis id honoris obtigifle , ut in regia Bibliotheca apud Illustrissimum Dominum Hugenium degerem, ipfique ad ejusmodi molimina meam praeftarem operam » (« j’eus l’honneur de vivre dans la bibliothèque royale avec le très illustre seigneur Huygens, et de lui prêter mon concours dans de telles entreprises »). [↩]
- En supposant que 1 pied = 32,5 cm, la surface du piston est 0,083 m2. La force pressante exercée par l’atmosphère sur celui-ci est donc de 8 300 N environ, équivalent au poids d’une masse de 845 kg. Si on pose que 1 livre = 0,45 kg, on trouve environ 1 880 livres, valeur en accord avec celle indiquée par Huygens. [↩]
- Huygens Ch., Nouvelle force mouvante par le moien de la poudre à canon et de l’air, 1 f. double, fonds des dossiers de séance, Archives et collection patrimoniale de l’Académie des sciences [↩]
- Papin D., « de Novo Pulveris Pyrii usu», Acta eruditorum, septembre 1688, pp. 500-501 [↩]
- En l’absence de registre des procès-verbaux pour l’année 1673, nous ignorons toutefois si Huygens présenta sa machine une fois ou plusieurs et dans quelle mesure elle suscita l’intérêt de ses collègues. [↩]
- L’explosion de la poudre à canon est une combustion : le carbone (charbon) et le soufre sont les combustibles, le salpêtre est le comburant, grâce au nitrate de potassium (KNO3) qu’il contient. Lors de cette réaction, les produits sont les gaz NO2 et CO2 et le solide K2S. Elle ne fait donc pas intervenir le dioxygène de l’air. [↩]
- Le mot « gaz » est proposé au début du XVIIe siècle par Jean-Baptiste Van Helmont qui met en évidence le « gaz sylvestre » (dioxyde de carbone) dégagé par une combustion. Bensaude-Vincent B., Stengers I., Histoire de la chimie, Paris, La Découverte, 1993, p. 37. Pour un exemple d’interprétation presque 35 ans après la machine de Huygens, on peut lire “Des effets de la poudre à canon” dans les Mémoires de l’Académie royale des sciences. [↩]
- De façon très schématique, on dit que le combustible est ce qui brûle (il consomme l’oxygène), alors que le comburant représente ce qui permet de brûler (il fournit l’oxygène). À propos de l’histoire des travaux scientifiques sur les explosifs, on pourra consulter le chapitre 8 de l’ouvrage Histoire de la thermochimie. [↩]
OpenEdition vous propose de citer ce billet de la manière suivante :
Marc Kefer (27 mai 2025). La machine de Huygens – partie 2 : les limites d’une idée ingénieuse. Vie des sciences. Consulté le 8 mai 2026 à l’adresse https://doi.org/10.58079/140rt

