Chenille (mécanique)

Une chenille, au sens de la technologie de la locomotion terrestre, est une bande continue en boucle fermée (en forme d'anneau), en contact avec le sol, qui comporte à l'intérieur des reliefs (ou bossages) guides pour les galets (et aussi une configuration en forme de dents d'entraînement[Remorque 1] par le barbotin) et, à l’extérieur, des crampons. Le principe de la chenille peut se figurer comme un moyen de présenter mécaniquement une surface préparée devant des roues avançant sur un terrain quelconque.

• Quelques modèles de chenille
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  Chenille souple ici formée par des bandes de caoutchouc armé.
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  Chenille articulée type Carden-Loyd Pidwell. Remarquez les formes imbriquées de deux maillons successifs en vue du maintien du pivot de l'articulation.
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  Chenilles articulée. Remarquez les divers angles formés par deux maillons successifs.
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  Chenille articulée Carden-Loyd Pidwell.
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  Chenille spéciale atypique et ajourée, qui tourne autour d'un caisson rigide formant traineau.

Une chenille ne doit pas[Remorque 1] patiner, c'est-à-dire glisser sans avancer par manque d'adhérence. Aussi est-elle généralement munie de crampons ou de patins[Patin 1], qui sont des formes en relief situées sur la face extérieure de la bande. Un patin est simplement un crampon peu saillant, qui a l'avantage d'être moins agressif pour le sol. C'est, par exemple un parallélépipède en caoutchouc. Des crampons accrocheurs et agressifs accélèrent la dégradation des sols : la forme et la hauteur des crampons sont donc étudiées comme compromis entre l'adhérence et la dégradation.

• Crampons de chenille
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  Remarquez la forme arrondie (particulièrement étudiée pour agripper le sol sans trop l'abîmer) des crampons en acier, solidaires des tuiles.
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  Crampons de faible hauteur mais à angles vifs.
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  Remarquez les crampons en quinconce de cette chenille constituée par 5 bandes standards agrafées en parallèle.
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  Chenille Holt typique. Crampons en lames rectilignes perpendiculaires à la trajectoire.

• Patins de chenille
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  Les crampons larges et plats de cette chenille souple (autochenille Citroën P19B) peuvent être appelés des patins.
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  Remarquez les patins en caoutchouc qui laissent sur le sol des traces en V dont la pointe est dirigée vers l'arrière.
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  Chenille métallique dont les maillons portent 2 larges patins en caoutchouc.
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  Chaque maillon de cette chenille métallique Pidwell porte 3 patins en caoutchouc.

C'est tout le dispositif mécanique qui maintient en place, guide et entraîne la chenille associée. (Pour les besoins de la description, on peut le distinguer plus ou moins nettement de la coque (châssis, caisse) du véhicule. Il peut être subdivisé en un ensemble de roues alignées qui sont assujetties par les organes de suspension).

• Exemples de trains chenillés
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  Le barbotin et la poulie de renvoi servent aussi de galets de roulement.
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  Train chenillé classique avec chenille Holt. Remarquez les 9 galets de roulement fixés rigidement sur une barre.
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  Remarquez l'inutilité et l'absence de galet de soutien sur ce train chenillé de type Christie. Franchissement d'un muret.
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  Train chenillé triangulaire, le barbotin étant situé au sommet supérieur du triangle il y a donc 2 poulies de renvoi sur ce Caterpillar D9.

Barbotin à double rangée de 20 dents pour entrainer une chenille de type Carden-Loyd Pidwell.

• Le barbotin moteur : c'est la roue dentée, à une ou deux rangées de dents, qui entraine la chenille. Il est situé soit à l'avant, soit à l'arrière, soit, pour les trains triangulaires, au sommet supérieur.

• la poulie de renvoi ou roue de tension (roue folle, libre en rotation sur son axe) qui parfois remplit aussi une fonction de galet de roulement (parfois au nombre de deux : dans le caterpillar D6, la chenille épouse la forme d'un triangle et le barbotin est situé au sommet de ce triangle.)

• les galets porteurs ou de roulement, parfois groupés deux par deux sur un bogie (ou par plus de deux si les bogies sont placés sur des balanciers). Pour égaliser la pression au sol, les galets porteurs peuvent être entrelacés (imbriqués, entrecroisés) ou simplement alignés en plus grand nombre (véhicules lourds)[1]. Les galets porteurs sont avantageusement cerclés par un bandage en caoutchouc sur les véhicules rapides (ou même être des roues standards d'automobiles !).

• Les galets supérieurs de soutien et de guidage : Ces galets, parfois appelés rouleaux, limitent le fléchissement de la partie supérieure de la chenille par effet caténaire. L'absence de galets de soutien est caractéristique des trains chenillés de type Christie : chars soviétiques BT, T-34...

• Un mécanisme coulissant permettant le réglage de la tension de la chenille.

• Exemples de dispositifs permettent le réglage de la tension de la chenille
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  Réglage de la tension de chenille par translation de la poulie de renvoi.
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  Mécanisme à excentrique réglable par vis sans fin.

• Galets porteurs entrelacés
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  galets porteurs entrelacés sur 2 rangées.
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  Alternance de galets constitués par une roue unique et de paires de roues décalées.
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  Chaque axe de roulement comporte un groupe de 2 galets et un troisième décalé (Panzer VI, Tigre I).
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  galets porteurs entrelacés sur 4 rangées.

• Exemples de galets entrelacés sur autochenilles
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  Galets entrelacés d'une autochenille aux roues avant non-motrices.
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  Galets entrelacés disposés en 4 rangées.

De nombreux systèmes existant ou ayant existé, ont recours à des organes tels que : bogie, balancier, bras oscillant, suspension Christie, ressort à lames, ressort hélicoïdal (dit à boudin), blocs élastiques de caoutchouc, barre de torsion, amortisseur, suspension hydropneumatique. Une solution sommaire et économique consiste à utiliser des bogies de roues ordinaires à pneumatiques (avec le risque de crevaisons). La suspension doit évidemment être plus ferme pour les galets extrêmes et plus molle pour les galets centraux.

• Exemples de suspensions utilisant des ressorts à lames
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  Balancier supportant 2 bogies, lui-même suspendu par un ressort à lame.
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  Suspension à ressorts à lames complétée par des galets à pneumatiques.

• Exemples de suspensions utilisant des ressorts à boudin
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  Ressort de suspension supportant un bras oscillant.
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  Chenille Carden-Loyd Pidwell et ses bossages de guidage sur la face interne. On voit aussi le barbotin à une rangée de dents et un ressort de suspension hélicoïdal.
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  Remarquez le barbotin, la poulie de renvoi, les 2 galets de soutien, les 3 ressorts de suspension à boudins associés aux 6 galets de roulement qui sont regroupés par paires sur des bras oscillants.
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  Suspension Horstmann. Remarquez les 4 longs ressorts de suspension et les 4 galets porteurs cerclés de caoutchouc.

• Illustrations (déficientes) en vue de mentionner la suspension à barre de torsion
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  Principe de la barre de torsion.
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  Sur cette image les barres de torsion ne sont pas visibles. Pidwell à une rangée de bossages de guidage avec une épaisseur de caoutchouc sur la face interne.

Dans un véhicule à chenilles, la transmission[2] assure les fonctions de traction et de direction (sauf dans le cas particulier des motoneiges). Puisque la direction est obtenue en entrainant indépendamment chaque chenille à une vitesse différente, la conception d'une transmission[3] s'inspire largement des autres mécanismes connus et utilisés par ailleurs, voir : embrayage (un de chaque côté), différentiel, boite de vitesses, variateur de vitesse mécanique, transmission hydrostatique ou électrique...

Sur les motoneiges, la traction est fournie par la chenille unique et la direction s'obtient par le pivotement des deux skis avants.

• Autochenilles avec 2 roues à l'avant (véhicule semi-chenillé par opposition aux véhicules à « chenilles intégrales ») comme le Halftrack M3 et les Citroën Kégresse-Hinstin, à roues avant motrices, ou les SdKfz 250 et SdKfz 251 allemands, à roues avant non-motrices.
• L'appellation « chenillard » peut caractériser un bulldozer, un trax, ou un tracteur à 2 chenilles (sans précision supplémentaire, le « tracteur agricole » est souvent à roues).
• Dans les usages civils une « chenillette » désigne plutôt une autoneige telle le que le Castor Hotchkiss HB40[4] ou un véhicule de transport tout terrain plus polyvalent comme le M29 Weasel[5] de fabrication Studebaker ou le Muskeg de Bombardier.
• Les chenillettes de combat (Renault UE, Lorraine 37L, chenillette Carden-Loyd, char Bren Carrier) ont aujourd'hui disparu des théâtres d'opérations.

• Il n'en est pas de même des très nombreux chars de combat. (Il n'y a pas de véritable consensus, mais on distingue habituellement les chars de combat à chenilles des blindés à roues d'armement comparable, comme le blindé VCBI à 8 roues, le Centauro B1, etc.)
• Rappelons les dameuses, spécifiquement utilisées pour la préparation des pistes de ski.

• À un seul châssis, type « Tucker snowcat » ou « Tucker Terra-track », permettant de franchir les dos d'ânes sans basculement. La direction s'effectue par 2 chevilles ouvrières et la transmission comporte 2 différentiels.

• Véhicules doubles (en deux parties, articulées et chenillées). Exemples : Bandvagn 206 et Véhicule à haute mobilité BVS10 de la société Hägglunds AB.

• Chenilles, éventuellement amovibles, remplaçant les roues[6] ce qui apporte d'ailleurs la possibilité de tirer avantages d'une direction à 2 chenilles directrices.

• Véhicule comportant une (ou même deux) articulation transverse active entre deux paires de chenilles, ce qui améliore les possibilités de franchissement. Exemples des robots EROS et EOLE du groupe Intra-AREVA-CEA.

Pour les déplacements de poids exceptionnels, engins de transport crawler des lanceurs spatiaux ou excavatrices à godets type Bagger 288, Bagger 293.

• Véhicules à 4 chenilles
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  Un actionneur à fort couple assujettit la position relative (l'angle entre) des deux paires de chenilles.
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  Véhicule à architecture d'automobile Direction selon l'épure de Jeantaud. Les 4 chenilles (éventuellement amovibles) se trouvent à la place des roues.
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  Véhicule à 4 chenilles : transmission par 2 ponts moteur à différentiel ordinaire. Direction par 2 chevilles ouvrières (ce qui minimise le ripage en virage).
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  Véhicule double à 4 chenilles : 1 seul conducteur, 1 seul moteur, l'attelage de la partie arrière comporte un arbre de transmission articulé. Direction par articulation centrale.

• Plateforme de transport lourd, à 8 chenilles Pidwell à 2 barbotins, regroupées en 4 paires (transporteur crawler de la NASA)
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  8 chenilles de type Carden-Loyd Pidwell.
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  Direction comportant 4 axes de pivotement.

Pour un modèle de chenille donné, les principales dimensions nominales sont :

• la largeur (différentes largeurs sont souvent admissibles pour le même véhicule) ;
• le pas diamétral (conforme au pas du barbotin considéré comme étant un pignon d'entraînement) ;
• la longueur (mesurée déroulée) ;
• la hauteur des crampons (à choisir selon les besoins).

Cependant une chenille est plus qu'un simple anneau car elle doit être conçue pour :

1. par sa face interne en contact avec les galets :
   • offrir un chemin de roulement aux galets
   • pouvoir être entrainée par le barbotin à la façon d'une crémaillère[Remorque 1]
   • assurer un positionnement latéral invariable au moyen des saillies ou bossages de guidage On rencontre principalement le guidage par les flancs, associé à des galets en forme de roues pleines, et le guidage par la gorge associé à des galets en forme de réa (de poulie)
   • en combinaison avec l'action des galets, ne pas trop vriller (d'où l'intérêt des dispositions à galets alternés).
2. par sa face externe en contact avec le sol :
   • empêcher le véhicule de patiner, d'où la présence de crampons ou de patins, éventuellement démontables et remplaçables.

La conception d'une chenille est donc indissociable du train chenillé assorti.

• Divers agencements pour imbriquer une chenille sur son barbotin
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  Entraînement par une seule rangée de dents traversant la chenille.
• 
  Entraînement par une double rangée de dents traversant la chenille.
• 
  Barbotin à une rangée de dents. Entraînement par les axes d'articulation du chemin de roulement d'une chenille Holt.
• 
  Entraînement par picots sur les bords de la chenille.
• 
  Entraînement par picots sur les bords de la chenille.

• Risques d'enlisement sur les sols meubles (neige ou boue) très diminués (à largeur égale).
• Adhérence ordinairement meilleure, quoique dépendant beaucoup des caractéristiques des crampons.
• Possibilités de franchissement d'obstacles supérieures (particulièrement pour les tranchées à bord francs)

• Résistance à l'avancement (donc consommation au kilomètre) plus grande.
• Usure rapide, sauf sur la neige.
• Vitesses plus faibles.
• Intensité des bruits élevée. Cependant moindre avec les chenilles souples qu'avec les chenilles articulées métalliques.
• Dégradations des sols plus importantes car, par principe, les virages sont effectués par ripage des chenilles (ce qui peut être la cause de désagréments lorsqu'un robot domestique à 2 chenilles, même relativement léger, tourne sur un tapis).
• Ne peut pas tourner directement.

Pour le concepteur, le choix entre la roue et la chenille[8] n'a pas de réponse évidente[9], même compte tenu des conditions d'utilisation prévues[10] et les discussions techniques à ce sujet sont toujours à l'ordre du jour. La chenille à l'avantage pour les véhicules lourds (le système chenille est plus léger que le système roues, et donc permet un véhicule plus léger pour des caractéristiques similaires (protection, puissance de feu, capacité d'emport) ou un véhicule plus performant pour un poids égal). La chenille a également l'avantage en tout terrain (meilleure répartition de la masse, meilleure capacité de franchissement, meilleure capacité de virage). Le système roues, plus lourd, a l'avantage en vitesse, en polyvalence (capacités tout-terrain honorables et meilleures capacités sur route), s'use moins vite et use moins vite les routes. Les systèmes de roues modernes utilisés sur les véhicules militaires suppriment le problème de la crevaison.

Remarquons que les astromobiles comme Curiosity, véhicules relativement légers et lents (0,1 km/h pour Curiosity Mars Science Laboratory et 12 km/h pour le Rover lunaire d'Apollo 17), sont équipées de roues métalliques spéciales sans pneumatique.

En pratique, la locomotion par chenilles est donc principalement utilisée pour les activités suivantes :

• transports sur la neige (motoneige, autoneige) ;
• Bâtiment et travaux publics, Terrassement (Bulldozer, Pelle mécanique hydraulique) ;
• agriculture (tracteur agricole à chenilles, chenillard) ;
• opérations militaires (char de combat).

Mentionnons aussi des usages moins fréquents :

• robotique mobile et d'intervention comme le déminage ;
• déplacement de charges extrêmement lourdes (Engin de transport crawler, Bagger 293).

Pour la locomotion terrestre hors des routes, aucune amélioration spectaculaire basée uniquement sur le principe de la chenille ne semble prévisible tout en gardant un caractère rustique[11]. Pour franchir des obstacles particuliers, des architectures telles que des chenilles à l'extrémité de bras articulés mobiles resteraient concevables sans complications excessives. Par ailleurs, on peut raisonnablement prévoir que la locomotion à pattes procurera des possibilités de franchissement supérieures (cf le robot BigDog), mais sans apporter de progrès sur la consommation et la vitesse.

• Utilisation d'agrafes spécifiques, configurées pour constituer des charnières, ce qui permet de réaliser des boucles à partir de bandes plates standards, selon une technologie proche de celle des bandes transporteuses.
• Les autres pièces constitutives (crampons, bossages de guidage, etc.) sont ensuite fixées, parfois simplement par boulonnage.
• Avantages : simplicité, économie, facilité de réparations et de maintenance.
• Se rencontre surtout sur les véhicules de transport sur la neige.

• Chenille souple constituée de bandes agrafées
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  Image indicative d'une charnière métallique. pour donner une idée du principe de l'assemblage de bandes souples par des agrafes ad-hoc.
• 
  Les larges tuiles et les bossages de guidage semblent rivés sur 2 bandes pour constituer la chenille complète.
• 
  Chenille à 6 segments (Rotapède).

• Elles ont des points communs avec une courroie de transmission plate crantée.
• Chaque taille de chenille est fabriquée dans son propre moule et il est ainsi possible d'obtenir simultanément tous les crampons en relief directement par moulage.
• La chenille est armée de fils ou câbles d'acier qui sont de préférence eux-mêmes en forme d'anneaux.
• De plus en plus fréquemment adoptées en agriculture dans les champs détrempés.

• Chenille souple en une seule pièce moulée
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  Remarquez la poulie de renvoi solidaire d'une glissière pour le réglage de la tension. Les galets de soutien sont remplacés par un patin.
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  Bande souple moulée avec des patins métalliques boulonnés.
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  Chenille en caoutchouc moulé d'une seule pièce avec les crampons, (tracteur agricole à chenilles souples).

Remarquez les axes d'articulations bien visibles sur le chemin de roulement articulé formant un double rail posé sur les tuiles.

La chenille Holt ressemble à une chaîne de transmission étroite, formant un chemin de roulement (ou une sorte de rail repliable), qui serait posé perpendiculairement sur des plaques plus larges appelées « tuiles », en contact avec le sol (en toute rigueur, sur un sol dur, ce sont les crampons ou les patins portés par les tuiles, qui sont en contact direct).

La chenille Holt est généralement associée à une suspension rigide, ou du moins à faible amplitude de débattement. Les galets porteurs sont alors solidaires d'une poutre et n’ont pas de déplacements individuels.

Ce type de chenille équipe les véhicules lents et robustes (engins de travaux publics, chargeuses, bulldozers, etc.) ou des bases de grues déplaçables.

• Chenille Holt typique de véhicule lourd et déplacement lent
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  Grue Liebherr.
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  Détail côté barbotin.
• 
  Détail côté poulie de renvoi.

• Chenille à chaîne large. Les faces intérieures des maillons, parfois garnies d'une épaisseur de caoutchouc, constituent un chemin sur lequel les galets roulent directement.
• D'un point de vue géométrique, les deux axes d'articulation d'un maillon sont situés dans le plan médian du maillon (qui, pour ainsi dire, peut être considéré comme étant une tuile possédant des alésages d'articulation).
• Par rapport à la chenille Holt, la chenille Carden-Loyd ou Pidwell[18] est peu épaisse, plus légère, et permet des vitesses plus élevées.
• Elle est déformable vers l'intérieur, autrement dit elle est plus souple (si la suspension permet aux galets porteurs d'avoir une mobilité suffisante dans le plan vertical et dans ce cas la chenille se moule sur les irrégularité du sol).
• Elle est utilisée sur les véhicules lourds et rapides, typiquement les chars de combat.

• Chenilles Carden-Loyd Pidwell à une seule rangée de bossages de guidage
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  Suspension de type Christie sans galet de soutien.
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  Remarquez les 8 galets de roulement (sur 4 bogies) qui semblent constitués de 2 roues séparées.
• 
  Remarquez les galets avec gorge, en forme de poulie.
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  Chenille métallique Pidwell dont un maillon sur deux porte un bossage de guidage.

• Chenilles Carden-Loyd Pidwell à 2 rangées de bossages de guidage
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  Le fléchissement du brin supérieur supporté par les 2 galets atteste de la souplesse de la chenille déformable vers l'intérieur.
• 
  Remarquez la relative souplesse de cette chenille Pidwell à 2 rangées de bossages de guidage.
• 
  Chenille Pidwell typique à 2 rangées de bossages de guidage. Remarquez le guidage par les flancs des galets.

• La chenille géante, de type Carden-Loyd Pidwell, du crawler transporter de la NASA.
• 
  Grande chenille Pidwell pour charges extra lourdes. Remarquez le barbotin.
• 
  Cette chenille est du type Carden-Loyd Pidwell car le roulement des galets s'effectue directement sur le côté intérieur du maillon.
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  La face extérieure d'un maillons est élargie et forme une sorte de tuile. Remarquez la position des axes d'articulation.

Dessin de Charles Dinsmoor (en) accompagnant son dépôt de brevet.

Quelques auteurs de brevets ou prototypes, parmi d'autres :

• George Cayley (1773-1857) brevet 1826 ;
• Fiodor Blinov (1827–1902) brevet 1879 ;
• Clément Ader (1841-1925) brevets 1875 et 1878 prototype fonctionnel de chenilles porteuses non motrices (en 1877, quelques voitures portant des enfants et tirées par des chèvres ont circulé dans le Jardin des Tuileries). Ader dépose le 3 mai 1875 et le 19 février 1878 des additifs à son « système de voie pour chemin de fer amovible », une maquette et un prototype fonctionnel ;
• Charles Dinsmoor (en) (1834–1904) brevet 1886 ;
• En 1903, le capitaine polytechnicien Levavasseur aurait établi les plans d'un canon automoteur à chenilles.

Au tournant du XX^e siècle, l'utilisation de chenilles est passée du stade des prototypes au stade de la fabrication industrielle.

• 1901 Alvin Orlando Lombard (en) (1856-1937) réalise quelques exemplaires du premier véhicule à chenilles, le Lombard Steam Log Hauler (en).
• 1904 Benjamin Holt (en) (1849-1920), démonstration effective du premier tracteur à chenilles Holt utilisable pour le labour.
• 1905 Holt fonde la marque Caterpillar et commence une production à l'échelle industrielle.
• 1905 David Roberts (en) (18589-1928) ingénieur de la compagnie Richard Hornsby & Sons (en) réalise des tracteurs dont les chenilles diffèrent des chenilles Holt.
• 1908 Clarence Leo Best (en) (1878-1951) lance aussi une fabrication de tracteurs à chenilles.
• 1915 Prototype de char britanniques : Little Willie et Mark I, puis, dès 1916, nombreux modèles de tanks à chenilles Holt.
• 1925 Benjamin Holt et Clarence Leo Best s'associent pour fonder la Caterpillar Tractor Company.

• 1910 Adolphe Kégresse (1879-1943) : Essais à Saint-Pétersbourg de chenilles souples en divers matériaux : cuir, cordes diverses, poils de chameau tressés...
• 1913 Adolphe Kégresse dépose un brevet de chenille en bande de caoutchouc.

Pendant l'hiver 1913, une autochenille atteint officiellement sur la Neva une vitesse de 60 km/h, établissant ainsi un record pour un véhicule à chenille[19].

• 1916 Ray H. Muscott, (Waters, Michigan): brevet d'une autochenille.

L'idée d'alléger la chenille Holt, largement utilisée depuis 1905, semble naturelle. Cependant les première réalisations d'une chenille plus légère et mieux adaptée aux vitesses élevées n'apparurent qu'après 1920. Ses principaux[20] inventeurs semblent avoir été :

• archibald William Pidwell (1885-?), fabricant de tracteurs agricoles près de Paris ;
• john Valentine Carden (1892-1935), (mort dans un accident d'avion), qui travailla en collaboration étroite avec ;
• vivian Graham Loyd (1894-1972). Ils avaient fondé en 1924 la compagnie Carden-Loyd Tractors Ltd, à Chertsey.

• Premières réalisations de chenilles opérationnelles
• 
  Chenille Holt (de forme inhabituelle) réalisée d'après un brevet de C. L. Best, 26 octobre 1915.
• 
  Tracteur Hornsby, probablement vers 1905 : la chenille diffère sensiblement de la chenille Holt. Le guidage semble s'effectuer par la crête médiane des galets.
• 
  Essai d'une chenille souple probablement vers 1913 ; la chenille semble dépourvue de crampons.

• Char de combat
• Autoneige
• Dameuse
• Motoneige
• Pelle mécanique hydraulique

• Académie de Nancy et Metz, enseignement Article sur la locomotion à chenilles avec une accentuation sur le petit matériel agricole.
• Site en liaison avec Vassili Chobitov et le Musée de Kubinka Articles en russe avec traduction automatique installée. Nombreux schémas de suspension.
• http://www.powmadeak47.com site en anglais Un schéma instructif d'une suspension à barres de torsion.

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