Introduction

L’intérêt de Charles F. Kettering pour la science des moteurs automobiles s’est développé après qu’un collègue lui ait demandé de l’aide pour une voiture qu’il construisait à partir d’un kit. Avec un penchant pour l’invention et les affaires, Kettering était un leader influent, un enseignant de toujours, et un porte-parole et promoteur enthousiaste du pouvoir du progrès technologique.

Comment Charles Kettering a-t-il commencé, et quelles contributions a-t-il apportées à l’ingénierie automobile ?

Persévérance

Charles Franklin Kettering est né dans une ferme près de Loudonville, Ohio, le 29 août 1876. Il était le quatrième des cinq enfants de Jacob Kettering et de Martha Hunter Kettering. La rigueur de sa mère et les responsabilités agricoles de son père lui ont inculqué un intérêt pour le « bricolage » mécanique. Après avoir obtenu son diplôme d’études secondaires, M. Kettering a commencé à enseigner dans une école à classe unique des environs. Il quitte cette école deux ans plus tard pour entrer au College of Wooster, mais en raison de problèmes de vue, il retourne à l’enseignement. Deux autres années plus tard, Kettering entre à l’Université d’État de l’Ohio, mais une fois encore, sa vue le pousse à partir. Il commence à travailler avec une équipe chargée d’installer le câblage téléphonique pour transporter cette récente invention à travers la campagne. Retournant une fois de plus à l’Ohio State, il persévère et finit par obtenir, à l’âge de vingt-huit ans, un diplôme en génie électrique. L’université le recommande pour un emploi à la National Cash Register Company (NCR) à Dayton, dans l’Ohio.

Immersion à haute énergie

Embauché comme ingénieur expérimental en 1904, la première tâche de Kettering est la motorisation des caisses enregistreuses ; son équipe met un an à inventer un moteur électrique applicable à tous les modèles NCR. D’autres travaux menés par les équipes distinctes de Kettering au cours des quatre années suivantes ont ajouté les bases des machines comptables, des registres à bas prix et des communications internes des grands magasins.

Kettering a épousé Olive Williams d’Ashland, Ohio, en 1905, et leur seul enfant, Eugene Williams, est né le 20 avril 1908.

L’intérêt de Kettering pour la nouvelle science des moteurs automobiles s’est accru lorsqu’un collègue, Edward Deeds, a demandé de l’aide pour une voiture qu’il construisait lui-même à partir d’un kit. A la demande de Deeds et avec l’aide d’autres amis de la NCR, Kettering a développé un système d’allumage par étincelle à haute énergie pour remplacer le modèle à faible étincelle fourni avec le kit. En quittant la NCR en 1909, Kettering s’est concentré sur le développement final de ce système d’allumage et les démonstrations ont été accueillies favorablement. Avec cette réponse, Kettering et Deeds ont immédiatement créé la Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO).

Le développement d’un démarreur électrique automatique a remplacé la méthode encombrante – et parfois dangereuse – de démarrage de l’automobile par la manivelle. En tant qu’ingénieur automobile le plus en vue de l’époque, Kettering se concentre sur la science appliquée et l’ingéniosité plutôt que sur la contemplation théorique, et met son équipe de recherche au travail. Leur approche expérimentale impliquait une série de tentatives raisonnées mais aucune hypothèse à prouver. Delco a commencé à convertir leur prototype en une version qui pourrait être produite en masse pour être incorporée dans les modèles Cadillac de 1912.

Une idée lumineuse

Pendant ce temps, Kettering était également occupé par une idée issue de son éducation et de son premier emploi – la fourniture d’électricité aux zones rurales américaines que le réseau d’alimentation filaire n’atteignait pas. Le générateur de lumière Delco qui en résulte révolutionne la vie rurale, en fournissant une source de lumière puissante qui prolonge la journée et une source d’énergie pour les machines. Le générateur était composé de batteries d’accumulateurs au plomb qui étaient chargées et rechargées à partir d’un moteur à essence équipé d’un interrupteur de démarrage électrique.

Kettering et Deeds ont vendu l’entreprise florissante Delco à General Motors en 1916 et ont fondé la même année la Dayton-Wright Airplane Company avec H. E. Talbott et ont enrôlé Orville Wright comme consultant aéronautique. La société fournit des avions et des moteurs pendant la Première Guerre mondiale et sera finalement rachetée par General Motors.

Efforts de recherche

Alors que l’industrie automobile progresse à Détroit, Alfred P. Sloan de General Motors recrute Kettering deux ans plus tard pour diriger l’ensemble des efforts de recherche de l’entreprise. Un centre, la General Motors Research Corporation, est construit à Dayton dans ce seul but. Kettering, un inventeur prolifique, a mené des enquêtes dans tous les domaines de l’amélioration automobile, en mettant l’accent sur ceux qui bénéficieraient directement au client. Des progrès ont été réalisés en matière de sécurité et dans tous les processus automobiles : freins, engrenages, suspension et éclairage. Des découvertes fortuites, telles que le réfrigérant Fréon, utilisé en réfrigération, en résultèrent également.

L’invention de Kettering la plus largement utilisée fut l’utilisation du plomb tétraéthyle comme additif à l’essence pour résoudre le problème du « cognement » du moteur, une condition de combustion incomplète du carburant qui entraîne une usure rapide du moteur. L’équipe de recherche est parvenue à la solution du plomb après avoir testé de nombreuses approches ingénieuses et différents candidats additifs sur une période de sept ans, jusqu’à son introduction en 1923. Il est resté en usage jusqu’à ce que la reconnaissance de ses dangers pour la santé dans les années 1960 – après la mort de Kettering – ait entraîné le passage à l’essence sans plomb.

Kettering a ensuite porté son attention sur les moteurs diesel, inspiré par leur faible consommation de carburant et leur potentiel de puissance élevé. Expérimentant la puissance diesel sur son propre yacht, aidé par son fils, Eugene, dans la phase de conception, Kettering a vu le résultat de son travail lorsque General Motors a fabriqué la première locomotive diesel de fret en 1939.

Leader et enseignant

Avec son aptitude pour l’invention et les affaires, Kettering est devenu un leader influent et un enseignant de toute une vie. Il était un porte-parole et un promoteur enthousiaste du pouvoir du progrès technologique, poursuivant ses intérêts dans toutes les idées et méthodes modernes. Chez General Motors, il a apporté une nouvelle approche d’apprentissage coopératif à la formation des employés : en 1926, le General Motors Institute (développé à partir de l’école des métiers de l’automobile de la YMCA de Flint) a commencé à former les employés avec une combinaison de théorie en classe et d’expérience pratique sur le lieu de travail.

La Fondation Kettering pour la recherche médicale a été fondée en 1927, et en 1945, Kettering a rejoint Alfred P. Sloan pour fonder l’Institut Sloane-Kettering pour le traitement du cancer. Sa sœur était décédée d’une tumeur au cou en 1944 et sa femme, Olive, est morte deux ans plus tard d’un cancer du pancréas. Comme il sied à un membre de la Société Horatio Alger, la Fondation Kettering illustre la philosophie sociale de son fondateur sur la recherche de la relation entre la démocratie et le public.

Plus tard, Kettering a souffert d’un certain nombre d’accidents vasculaires cérébraux, mais a continué à être consultant pour General Motors tout au long de sa vie. Charles Kettering (surnommé « Boss Ket ») est décédé le 25 novembre 1958, dans sa maison de Dayton, dans l’Ohio.

Discours radiophonique

Transcription d’une série de discours radiophoniques que Charles Kettering a donnés entre septembre 1942 et juillet 1945.

« La recherche n’est pas du tout une chose physique mais juste un état d’esprit. C’est une manière simple et organisée d’essayer d’accomplir quelque chose que vous souhaitez faire – si simple que n’importe qui peut faire de la Recherche n’importe où et n’importe quand.

D’abord, vous choisissez le problème que vous aimeriez résoudre, puis vous énumérez au moins dix raisons pour lesquelles cela n’a pas été résolu. Mais en choisissant ce problème, assurez-vous de l’analyser soigneusement pour voir s’il en vaut la peine. Il faut autant d’efforts pour résoudre un problème inutile qu’un problème utile. Assurez-vous que le jeu en vaut la chandelle.

Après avoir soigneusement – et je veux insister sur ce mot « soigneusement » – sélectionné le problème et les dix choses qui se trouvent entre vous et la solution, vous utilisez alors la même procédure que pour résoudre une grille de mots croisés. Vous prenez d’abord les obstacles faciles et, par un processus d’élimination, vous arrivez à un ou deux obstacles majeurs. Pour résoudre les obstacles restants, vous pouvez avoir besoin d’un appareil simple, mais ce dont vous aurez probablement le plus besoin, c’est d’une patience et d’une persistance infinies. »

« A mon avis, une once d’expérimentation vaut une livre de théorie non testée. »

Première mission

En 1904, la première mission de Kettering à la National Cash Register était d’inventer un remplacement motorisé pour le levier manuel que l’opérateur devait tirer pour chaque transaction de caisse. Sa solution consistait à ajouter un petit moteur électrique à la machine. Les rafales d’énergie courtes et fortes dont la caisse enregistreuse avait besoin n’étaient pas possibles avec les moteurs existants, aussi Kettering a-t-il conçu un dispositif d’embrayage pour améliorer et faire correspondre exactement les besoins en puissance des mouvements des roues de la caisse enregistreuse.

Démarreur électrique

L’invention de Kettering et Deeds qui a conduit à la fondation de leur usine Dayton Engineering Laboratories Company (DELCO) présentait des similitudes de principe avec le moteur de caisse enregistreuse en ce qu’elle fournissait un jet d’électricité court et intense. Puisque ce dispositif améliorait le fonctionnement de l’automobile, son succès était assuré et permanent.

Les moteurs à essence nécessitent que les pistons soient en mouvement avant que l’allumage ait lieu et il faut donc utiliser un agent extérieur pour les mettre en mouvement. Une fois en mouvement, la puissance propre du moteur prend en charge le processus d’allumage.

Jusqu’à cette époque, les automobiles étaient démarrées à l’aide d’une manivelle manuelle : un processus nécessitant force et réflexes. La force était nécessaire pour tourner la manivelle à main reliée au grand volant d’inertie et ainsi déplacer le vilebrequin et mettre en mouvement les pièces du moteur. Des réflexes rapides étaient nécessaires pour que l’opérateur puisse s’écarter immédiatement une fois le moteur lancé et éviter le dangereux et puissant « coup de pied en arrière » sur la manivelle lorsque le moteur démarrait et rendait la manivelle inutile. Henry Leland, directeur de la Cadillac Motor Co. avait perdu un ami qui avait été blessé et était décédé plus tard à cause d’un tel « retour de bâton ». Dès qu’il a été disponible, il a inclus le nouveau démarreur électrique dans tous les modèles Cadillac.

Kettering et Deeds ont reconnu que le démarreur électrique avait besoin d’une énergie initiale élevée pour faire tourner le volant et faire bouger les pistons du moteur. Une fois que les pistons commençaient à bouger, l’allumage se produisait dans les cylindres et le moteur prenait le relais pour fonctionner. Leur démarreur utilisait le courant faible existant de la batterie de la voiture, l’augmentait et créait le courant élevé et la puissance du moteur qui faisait tourner le volant et exploser le gaz dans le cylindre du moteur. Une fois le cycle du piston lancé, un relais déconnectait le moteur du démarreur et le moteur faisait fonctionner le véhicule et la recharge de la batterie, ainsi que d’autres besoins en courant faible comme l’éclairage. Le démarreur électrique a fait l’objet du brevet américain n° 1,150,523, délivré à Charles Kettering et Clyde Coleman.

Cognement du moteur

Le « cognement » du moteur d’une automobile est un bruit de marteau ou de ping associé à une vibration inhabituelle du moteur et, par conséquent, à une usure accrue de celui-ci. Il est causé par l’allumage incontrôlé du mélange essence/air comprimé dans les pistons du moteur. Les contraintes irrégulières accumulées endommagent les matériaux des pistons et des cylindres et entraînent le bruit de cognement et l’usure du moteur.

Suivant leur protocole de recherche systématique consistant à définir d’abord le problème, Kettering et Thomas Midgley, Jr. ont utilisé un monographe pour inspecter l’action des pistons dans leur moteur d’essai et ont découvert que le cognement n’était pas causé par un allumage prématuré à partir du dispositif de batterie de démarrage automatique, mais par une augmentation de la pression après l’allumage de la bougie. L’étape suivante a consisté à proposer une série de théories possibles et à tester chacune d’entre elles. Ils ont décidé que la solution résidait dans l’utilisation d’un additif pour l’essence, donc une variété a été proposée et essayée et leurs résultats évalués.

La première expérience a testé la théorie selon laquelle un matériau de couleur rouge pourrait absorber la chaleur et corriger les conditions du cylindre. L’iode, étant rouge, a été essayé avec succès mais un suivi avec des colorants aniline rouges a échoué, réfutant la théorie de la « coloration rouge ». Ensuite, l’iodure d’éthyle incolore s’est avéré efficace et leurs recherches chimiques ont continué. L’équipe a été détournée pour travailler sur les carburants d’avion pendant la Première Guerre mondiale et a testé un large éventail de produits chimiques destinés à l’aviation : éthanol, aromatiques de pétrole tels que le benzène, oléfines de pétrole, éthers et paraffines. Leur décision finale recommandait un mélange de benzène et d’essence, mais la fin de la guerre a annulé les plans de production et les chercheurs sont retournés à des activités civiles. Une fois encore, l’iode était le meilleur candidat antidétonant, mais il était corrosif et coûteux. L’enthousiasme retombe et la recherche s’enlise jusqu’à ce que Kettering tombe sur un article concernant l’efficacité du sélénium en tant qu’additif ; Midgley retrouve de l’énergie. Sa nouvelle approche consiste à dresser une liste d’éléments candidats et à vérifier systématiquement l’efficacité de chacun d’eux dans son moteur d’essai monocylindre de laboratoire. La liste comprenait le tellure, l’arsenic, l’argent, le silicium, le germanium, le plomb et l’étain.

En décembre 1921, après sept ans de recherche, il a été découvert que de très petites quantités de plomb, dissoutes dans l’éthanol et ajoutées à l’essence, éliminaient complètement le cognement du moteur. La puissance et l’efficacité des moteurs augmentèrent et le plomb tétraéthyle devint le principal additif pour l’essence pendant de nombreuses années à venir, jusqu’à ce que la prise de conscience des dangers du plomb atmosphérique se produise.

Autres développements

Kettering avait inventé le générateur de lumière Delco qui révolutionna la vie rurale en prolongeant les heures de lumière disponibles pour le travail et les loisirs. Il suffisait de déplacer l’interrupteur électrique du moteur à essence pour que les batteries se chargent et se rechargent complètement. En 1918, une installation d’éclairage de trois kilowatts pouvait être alimentée par un moteur monocylindre de 5 chevaux.

Un autre matériau développé par Midgley et Kettering avec d’énormes implications était le fréon, un groupe de composés halocarbonés qui ont remplacé l’ammoniac et le dioxyde de soufre toxiques comme réfrigérant. Les compresseurs de réfrigérateurs fonctionnant à partir de produits chimiques ininflammables, non toxiques et chimiquement inertes ont été largement acceptés et leur utilisation a élargi le champ de stockage des aliments et, par le biais de la climatisation, a prolongé le confort et les heures utilisables des travailleurs.

Le brevet américain n° 1 886 339 pour le dichlorodifluorométhane, le premier fréon, a été délivré à Frigidaire, la division de General Motors dirigée par Kettering, le 31 décembre 1928. La société Dupont entreprit la fabrication commerciale de fréons et la gamme s’étendit à plus de vingt produits différents, différenciés par la longueur de la chaîne de carbone aliphatique et le degré de substitution du chlore et du fluor. Leurs applications se sont étendues aux propulseurs d’aérosols et aux inhalateurs. L’utilisation du fréon a été progressivement abandonnée lorsqu’on a découvert dans les années 1970 que ces composés appauvrissaient la couche d’ozone protectrice de la terre

Reconnaissance

Charles F. Kettering était détenteur ou co-détenteur de plus de 300 brevets. Leurs sujets très variés comprennent : la motorisation de la caisse enregistreuse, le démarreur électrique d’automobile, le générateur d’éclairage portable, l’essence au plomb, le réfrigérant Freon, la peinture automobile, une couveuse pour les bébés prématurés et un traitement pour les maladies vénériennes.

Il a reçu de nombreux doctorats et diplômes honorifiques, plus des dizaines d’autres citations et médailles.

Son nom est commémoré dans la Charles F. Kettering Foundation pour la recherche médicale, l’Institut Sloan-Kettering pour la recherche sur le cancer, le Charles F. Kettering Memorial Hospital et l’Université Kettering.

Le prix annuel Charles F. Kettering, créé par la General Motors Cancer Research Foundation, récompense la contribution récente la plus remarquable au diagnostic ou au traitement du cancer.

Charles F. Kettering a reçu en 1936 la médaille Franklin de l’Institut Franklin pour la science de l’ingénierie automobile.

Crédits

La présentation de Charles F. Kettering est rendue possible grâce au soutien de la Fondation Barra et d’Unisys.

Ce site Web est l’effort d’une équipe interne de projet spécial au Franklin Institute, travaillant sous la direction de Carol Parssinen, vice-présidente principale du Centre pour l’innovation dans l’apprentissage des sciences, et de Bo Hammer, vice-président du Franklin Center.

Les membres de l’équipe du projet spécial du département des technologies éducatives sont :
Karen Elinich, Barbara Holberg, Margaret Ennis et Zach Williams.

Les membres de l’équipe du projet spécial du département de la conservation sont :
John Alviti.

Les membres du conseil consultatif du projet sont :
Ruth Schwartz-Cowan, Leonard Rosenfeld, Nathan Ensmenger et Susan Yoon.