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Équilibrer le temps - Nous jetons nos yeux sur le balancier

Équilibrer le temps - Nous jetons nos yeux sur le balancier

Août 18, 2022

Dans notre histoire, le dernier numéro sur le spiral - littéralement le cœur battant de la montre mécanique - il pourrait sembler que ce composant fait tout le gros du travail, en ce qui concerne les activités de back-office de chronométrage. Comme tout horloger vous le dira cependant - et bon nombre de PDG de marques de montres également - il est inutile de parler d'un nouveau spiral si l'on ne s'adresse pas également au balancier, et en fait au levier qui anime le système. Dans cette histoire, nous examinerons principalement le balancier lui-même, avec quelques incursions dans l'histoire et le fonctionnement des échappements de verge, de détente et à levier suisse. Quant au levier ou à la fourche à palette, il faudra attendre un autre problème.

Nous commençons cette histoire où la dernière s'est terminée - sur la note que les balanciers et les spiraux doivent fonctionner ensemble. La meilleure façon de comprendre cela est de penser à la relation entre la montre-bracelet mécanique et l'horloge à pendule. Tout comme le pendule est l'organe régulateur de l'horloge, le balancier et le spiral remplissent la même fonction dans la montre-bracelet. Cela signifie que le balancier et le spiral doivent se rapprocher des effets de la gravité. Notre protagoniste de retour pour cette introduction n'est autre que la physicienne néerlandaise Christiaan Huygens. Vous vous souviendrez que Huygens a été le pionnier du spiral (le perfectionnant en 1675) et du pendule (de l'horloge susmentionnée).



Curieusement, le balancier semble avoir existé avant l'époque de Huygens - Huygens lui-même a conçu son balancier et son système de ressorts dans le style d'un échappement à verge. En effet, Huygens et d'autres pionniers avaient recherché le bon composant pour créer une oscillation harmonique, et cette pièce manquante était le spiral. Ainsi, le reste de l'échappement de verge - le système de levier suisse n'apparaîtra que plus tard - existait avant 1675.

L'oscillation harmonique, en tant que propriété physique, a d'abord été explorée par Galileo Galilei alors qu'il explorait la fonction des pendules au tout début du XVIIe siècle. C'est Galilée qui a découvert l'isochronisme comme quelque chose d'intrinsèque au balancement des pendules. Fondamentalement, la période d'oscillation d'un pendule donné est relativement constante, quelle que soit la taille de l'oscillation. Avec cela, on pourrait obtenir un chronométreur stable car tant que le pendule oscille, l'horloge continue de tourner au même rythme. De toute évidence, une horloge qui a fonctionné à des taux différents en fonction de l'oscillation du pendule serait moins qu'utile.

Galilée


Le pendule obtient cette propriété isochrone de la gravité, ce qui signifie que les horloges équipées de pendules devaient être aussi stables que possible; le mouvement perturbe le balancement d'un pendule, introduisant une variation indésirable. Huygens a terminé le projet d'horloge à pendule initialement mis en mouvement par Galileo. Avant l'avènement de l'horloge à pendule, les horloges mécaniques utilisaient un autre composant pour simuler l'isochronisme: le foliot. S'appuyant sur les forces d'inertie, il s'agissait d'une barre horizontale (avec des poids à chaque extrémité) pivotant exactement au milieu. Le mouvement de bascule résultant, entraîné par l'énergie cinétique d'un ressort déroulant, a fourni le taux de chronométrage.

Coupant directement aux balanciers mécaniques actuels, le balancier tourne environ une fois et demie dans une direction, ce qui constitue une seule oscillation. Il s'agit d'environ 270 ° de chaque côté de la position d'équilibre central du balancier. Un cycle complet est deux de ces oscillations, ce qui signifie deux battements. La rigidité du spiral et le moment d'inertie de la roue sont des éléments clés de l'équation qui détermine le nombre de secondes nécessaires pour terminer un cycle.

Revenant au sujet du balancier et du foliot, on ne sait pas quand le balancier a entièrement remplacé le foliot. Il est certain que l'introduction du pendule et du spiral a mis en relief les défauts de l'échappement de verge. De nombreux échappements différents ont concouru pour le remplacer, y compris les échappements à détente et à cylindre. Au final, c'est à la fois l'échappement à ancre et l'échappement à levier qui ont finalement scellé le sort de l'échappement à verge autrefois dominant.


Où se situe le balancier dans cette histoire? Eh bien, une description complète est fournie dans la section sur les échappements de levier (Leverage) ainsi que le bref tl; dr ci-dessus, mais prenez un moment pour lire le segment On the Verge car il prépare le terrain. Le balancier semble être la meilleure forme pour travailler aux côtés de la spirale traditionnelle ou du spiral.

Dans leur forme actuelle, les balanciers ont une variété d'apparences, qui peuvent être décomposées en deux formes principales: lisses et non lisses. Oui, pas lisse n'est pas particulièrement éloquent, mais si l'on doit avoir un terme plus technique, ce sera une masse réglable. Nous choisissons d'utiliser un non-lisse car cela inclura des balanciers vissés, ce qui n'est pas une description particulièrement charmante. La version non lisse du balancier est traditionnelle, avec de minuscules vis sur la jante de la roue. Cela ne doit pas être confondu avec le Gyromax de Patek Philippe, le Microstella de Rolex et une variété d'options de Swatch Group (principalement d'Omega) qui semblent inclure des vis sur la jante ou à l'intérieur de la jante.

Balancier Ulysse Nardin

En principe, les systèmes non lisses utilisent des poids pour régler l'inertie du balancier - la mesure dans laquelle les vis sont fixées dans la balance le détermine dans les versions de balance vissée. Dans le système traditionnel, l'équilibre serait ajusté à la main par les horlogers dans un processus connu sous le nom d'équilibrage de l'équilibre ou d'équilibrage de l'équilibre; pour les nouveaux modèles de balances de la variété à masse réglable, ceux-ci sont généralement mis en place par ordinateur une fois les spirales fixées.

Le balancier lisse est également prêt à fonctionner en usine, les ordinateurs étant désormais également impliqués dans ce processus. Le balancier lisse a tendance à être de la variété Glucydur (voir la section Glucydur) tandis que les nouvelles balances peuvent être en silicium, avec des poids dans d'autres matériaux. Des exemples de balanciers incroyablement inventifs incluent des expériences de DeBethune, Ulysse Nardin et Patek Philippe.

SUR LE POINT

Développement technique le plus important de l'horlogerie et de l'horlogerie, le développement de l'échappement à verge au XIIIe siècle a permis la fabrication d'horloges entièrement mécaniques. Voici comment David Glasgow a décrit le fonctionnement de l'échappement à verge dans son livre Watch and Clock Making de 1885 (la description ici a été paraphrasée et éditée, si nécessaire).

L'horloge de la cathédrale de Salisbury montre à quoi ressemblait la première horloge de verge, gracieuseté de Wikipedia

L'échappement à verge se compose d'une roue en forme de couronne, avec des dents en dents de scie saillantes; son axe est orienté horizontalement. Une tige verticale, la verge, est positionnée devant la couronne, avec deux plaques métalliques (palettes) qui engagent les dents sur les côtés opposés de la couronne. Les palettes sont orientées avec un angle entre elles, de sorte qu'une seule attrape les dents à la fois. Un balancier ou un pendule est monté à l'extrémité de la tige de verge.

Le balancier semble avoir existé avant l'époque de Huygens - Huygens lui-même a conçu son balancier et son système de ressort dans le style d'un échappement à verge

Alors que les engrenages transmettent l'énergie d'un ressort hélicoïdal déroulant à la couronne, une des dents de la couronne pousse sur une palette, faisant tourner la verge dans une direction. Dans le même temps, cette action fait tourner la deuxième palette dans le chemin des dents du côté opposé de la roue, jusqu'à ce que la dent dépasse la première palette. Ensuite, une dent sur le côté opposé de la roue entre en contact avec la deuxième palette, faisant tourner le bord en arrière dans l'autre sens, et le cycle se répète.

Ainsi, ce qui a commencé comme la rotation non régulée de la roue de couronne est transformé en oscillation de la verge. Cela met le pendule ou l'équilibre / foliot en mouvement. Chaque balancement du balancier / foliot ou du pendule laisse ainsi passer une dent de la roue d'échappement, ce qui rend le mouvement d'horlogerie régulier. Le train de roues de l'horloge avance d'un montant fixe, faisant avancer les aiguilles à un rythme constant.

La deuxième pendule à verge construite par Christiaan Huygens, gracieuseté de Wikipedia

La couronne doit avoir un nombre impair de dents pour que l'échappement fonctionne. Avec un nombre pair, deux dents opposées entreront en contact avec les palettes en même temps, bloquant l'échappement.

Avec l'avènement du pendule, l'échappement à ancre fournit une action plus naturelle aux horloges et a donc commencé à remplacer l'échappement à verge.

INFLUENCE

Développé par Thomas Mudge, l'échappement à levier est littéralement l'échappement de la montre mécanique contemporaine. Encore une fois, nous sommes redevables au livre de Glasgow pour information, ainsi qu’à l’école d’horlogerie de TimeZone. La brève description de la façon dont tout cela fonctionne ci-dessous est dérivée de ces sources (principalement les sections de Walt Odets).

Dans l'échappement à levier standard, également appelé échappement à levier suisse, la roue d'échappement et la fourche à palette jouent un rôle pivot (sans jeu de mots). La roue d'échappement est adaptée au train de roues, fournissant une impulsion à la fourche à palette. Recevant cette impulsion, la fourche à palettes la livre à l'arbre du balancier, faisant ainsi tourner le balancier. Le spiral ramène le balancier à sa position centrale statique, envoyant une impulsion via l'arbre à la fourche à palette, qui interagit ensuite à nouveau avec la roue d'échappement.


Ce qui était de la puissance non régulée du ressort moteur est ainsi délivré au balancier. Le balancier renvoie la puissance régulée au train de roues, qui avance ensuite d'un montant fixe, et déplace les aiguilles du temps d'un montant fixe.

Chaque mouvement de va-et-vient du balancier depuis et vers sa position centrale correspond au mouvement de la roue d'échappement d'une dent (appelé battement). Un échappement à levier de montre typique bat à 18 000 battements ou plus par heure, parfois aussi appelés vibrations par heure. Chaque battement donne une impulsion au balancier, il y a donc deux impulsions par cycle (identiques à l'échappement à verge). Bien qu'elle soit verrouillée au repos la plupart du temps, la roue d'échappement tourne généralement à une vitesse moyenne de 10 tr / min ou plus.

L'origine du son «tick tock» est causée par ce mécanisme d'échappement. Lorsque le balancier oscille d'avant en arrière, le tic-tac se fait entendre.

GLUCYDURE ET MATÉRIAUX ALTERNATIFS

Alors que l'équilibre Glucydur semble dominer, avec son alliage de béryllium, de cuivre et de fer, il existe d'autres types de balanciers. En balayant les catalogues d'enchères, l'alternative la plus typique est le balancier en alliage or-cuivre. Fonctionnellement, les deux types de soldes effectuent la même astuce, mais certains détails supplémentaires sont nécessaires pour comprendre ce qui se passe ici.

Le problème central est la variation de température, car les propriétés de masse du spiral changeront à mesure qu'il se dilatera ou se contractera.De toute évidence, cela affectera le taux de chronométrage car cela affectera les oscillations du balancier. En fait, le balancier est également soumis à des variations thermiques. Les alliages or-cuivre et Glucydur ont tous deux d'excellents coefficients de dilatation linéaire, entre +14 et +17 x 10-6 / ° K, et ces matériaux continuent donc de trouver la faveur aujourd'hui des entreprises horlogères. Cependant, rien n'est parfait et lorsque ces alliages se dilatent, l'échappement ne sera plus isochrone.

La tentative la plus récente de résoudre ce problème a été l'oscillateur Zenith Defy, qui est également l'innovation d'échappement la plus radicale depuis l'époque de Huygens. Il combine en fait la fourche à palette, le balancier et le spiral en une seule structure en silicone. Un matériau non métallique, le silicium est traité différemment pour gérer la variation thermique, en utilisant généralement un oxyde de silicium, par exemple. Dans le cas de ce système Zenith, ce n'est pas aussi simple que tous les éléments de l'échappement sont en une seule pièce.

Nous étudierons plus en détail ce système, avec l'oscillateur Genequand (Parmigiani Fleurier), l'échappement à ancre Ulysse Nardin et l'échappement à force constante Girard-Perreguax dans nos numéros de 2020.

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