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Breguet - La technologie à l'établi : le silicium

Breguet La technologie à l'établi : le silicium

Voici un aperçu du rôle du silicium dans les mouvements Breguet.

Glissez-vous dans la peau d’Abraham-Louis Breguet au tournant du XIXe siècle, alors qu’il travaille dans son atelier du quai de l’Horloge à Paris. Lancé dans une quête incessante de la précision chronométrique, vous percez des trous microscopiques dans les dents de la roue d’échappement, une dent après l’autre. Pourquoi ? Afin d’emprisonner de minuscules quantités d’huile lubrifiante au point de contact entre la roue d’échappement et l’ancre. Sur l’établi, on trouve également le balancier et le spiral. Vous avez fait de votre mieux pour former le spiral de votre invention, doté d’une courbe terminale. Vous ne pouvez pas l’imaginer, mais votre innovation sera toujours d’actualité dans deux cent ans, avec le titre de « spiral Breguet » reconnu par tous les horlogers. Même si la future montre sera qualifiée de « garde-temps », le mouvement, le plus haut de gamme que vous aurez fabriqué grâce aux solutions précitées — la roue d’échappement percée et le spiral de forme inédite — n’est pas parfait. Vos outils, pourtant les meilleurs disponibles à l’époque, ne permettent pas d’atteindre le sommet de la perfection.

Visionnaire, Jules Verne a imaginé un voyage vers la lune en 1865, un siècle avant la mission commandée par Neil Armstrong. Même si des idées aussi folles avaient pu germer dans leur imaginaire, les horlogers de l’atelier du quai de l’Horloge n’auraient pas pu envisager certaines des solutions que la technologie moderne offre aux horlogers de la Manufacture Breguet de la Vallée de Joux. Prudence cependant, ou plutôt une mise en garde d’importance sur le rôle de la technologie chez Breguet : on n’adopte pas les matériaux d’avant-garde qui n’ont que le mérite d’exister pour se faire remarquer ou pour créer un buzz marketing. Pour Breguet, il doit y avoir à la fois une amélioration tangible des performances du garde-temps et une compatibilité avec les pratiques et savoir-faire traditionnels de l’art horloger. Guidés par ces principes, les constructeurs de mouvements ont travaillé de pair avec des chercheurs pour sélectionner des matériaux de pointe qui permettent aux mouvements d’atteindre des niveaux de précision et de performance encore inimaginables il y a peu. Ainsi, les mouvements contemporains comprennent des composants réalisés avec du silicium, du titane, du Liquidmetal® ou du DLC (diamond-like carbon), ainsi que des ressorts de barillet en alliages spéciaux.

Breguet a présenté ses premières montres dotées de composants en silicium en 2006, sous la référence 5197. Après cinq ans de recul sur les premiers modèles proposés à la clientèle, qui ont répondu à toutes les attentes, le Président-directeur général de Breguet, Marc A. Hayek a décidé, sur la voie tracée par son grand-père, Nicolas G. Hayek, d’intégrer le silicium d’une manière très large à travers toutes les collections. À l’heure où nous écrivons ces lignes, dix ans après la première introduction de cette matière, il ne reste guère qu’une poignée de références historiques qui ne soient dotées de spiraux en silicium. Par ailleurs, de nombreux modèles font usage de ce matériau pour des composants autres que les spiraux. L’occasion est belle de faire le bilan de cette riche expérience qui s’est avérée une avancée révolutionnaire au coeur même de la montre mécanique. Dans de futures éditions du Quai de l’Horloge, nous mettrons en lumière d’autres matériaux modernes, en expliquant comment ils ont eux aussi enrichi l’art horloger.

Balance wheel with silicon spring and tourbillon cage with silicon escape wheel and lever from the Marine Chronograph, Ref. 5837.

Balancier avec spiral en silicium et cage de tourbillon avec ancre et roue d’ échappement en silicium, équipant le Chronographe Marine réf. 5837. © Breguet

Les trois éléments principaux pour assurer la précision d’une montre sont le balancier-spiral, la roue d’échappement et l’ancre. C’est dans ces composants fondamentaux que les propriétés du silicium ont ouvert de nouvelles perspectives.

Depuis qu’il a été développé par le mathématicien hollandais Christian Huygens en 1675, le balancier spiral a été intégré à toutes les montres mécaniques. Sa contraction et son expansion, que certains décrivent comme une « respiration », représentent la fréquence des oscillations du balancier, et définissent la marche de la montre. Tout au long des plus de trois siècles écoulés depuis l’invention du spiral, des horlogers se sont évertués à améliorer ses performances. C’était précisément le but de la courbe terminale, une des inventions majeures d’Abraham-Louis Breguet. En relevant la spire extérieure et en la recourbant vers l’intérieur, il a pu réaliser un développement plus concentrique et faire « respirer » le spiral de manière plus régulière – c’est-à-dire maintenir une forme proche de l’idéal – que ce qui était possible avec la géométrie des spiraux de l’époque.

Balance wheel with its two silicon springs from the Chronométrie, Ref. 7727.

Balancier avec ses deux spiraux en silicium, équipant le modèle Chronométrie réf. 7727. © Breguet

Les spiraux étaient alors modelés à la main, d’où certaines imperfections inévitables. Même avec les améliorations apportées par la courbe terminale Breguet, la performance ne pouvait pas être optimale. Les machines de production d’aujourd’hui ont engendré de grandes avancées comparativement aux spiraux formés à la main d’autrefois. Leur géométrie peut être définie de manière plus parfaite. Leur épaisseur peut être maîtrisée avec plus de précision. Aussi remarquables que soient ces innovations, l’emploi du silicium permet des progrès nettement supérieurs aux précédents dans la recherche de la précision.

Les spiraux composés de silicium permettent la production de formes quasi parfaites, à moins d’un micron près. Ce n’est cependant qu’un premier exemple des possibilités offertes. Les méthodes de fabrication en usage pour la réalisation des spiraux métalliques impliquent le laminage progressif du métal jusqu’à obtention d’un fil extrêmement fin, l’aplatissement en lame et, finalement, l’enroulement en spires. Ce type de procédé ne permet pas d’introduire des variations le long des spiraux. En revanche, sur les spiraux produits à partir de fines plaquettes de silicium, on peut enlever de la matière à volonté. Il devient ainsi possible d’introduire des variations très précises de l’épaisseur ou de l’espacement entre les spires dans le processus de fabrication. À l’aide de simulations informatiques, les constructeurs de mouvements peuvent déterminer avec exactitude l’épaisseur et la forme voulues, différentes selon l’endroit, afin d’optimiser les performances du spiral au sein du mouvement. Le modèle Chronométrie de Breguet nous donne un exemple particulièrement facile à visualiser. Son balancier est doté de deux spiraux en silicium qui sont manufacturés de manière à être essentiellement rigides sur une partie de leur longueur et flexibles précisément là où on l’avait souhaité.

Balance wheel, spring and balance bridge from the calibre 777Q, Ref. 5177.

Balancier, spiral et pont de balancier équipant le calibre 777Q réf. 5177. © Breguet

Dans la conception d’un mouvement horloger, la manière dont la marche est affectée au fur et à mesure de la décharge du barillet est un facteur à prendre en grande considération. Le couple délivré est naturellement à son maximum lorsque le barillet est complètement armé et il diminue au cours du désarmage — après 24 heures, 48 heures ou davantage selon les cas —, ce qui peut influencer la marche de la montre. Les horlogers emploient le terme d’« isochronisme » pour qualifier la capacité d’un oscillateur à maintenir la même fréquence quelle que soit l’amplitude de son oscillation. Le silicium améliore l’isochronisme de deux manières. Premièrement, il permet d’obtenir une forme parfaitement adaptée au but recherché. Deuxièmement, pour une même diminution de couple, un oscillateur à spiral en silicium perdra moins d’amplitude qu’un oscillateur à spiral traditionnel.

Autre propriété très appréciable du silicium : la légèreté. Pour comprendre comment cela améliore les performances d’un spiral, revenons brièvement sur l’un des défis de l’horlogerie. Dans l’idéal, le spiral d’une montre mécanique devrait être parfaitement concentrique et le rester pendant qu’il se contracte et se dilate. Malheureusement, on ne peut pas atteindre cet idéal. Le centre de gravité d’un spiral est inéluctablement quelque peu décalé par rapport à l’axe central, car le ressort doit finalement être rattaché à l’axe du balancier. Cela provoque ce que les horlogers appellent « l’effet Grossmann », un défaut d’isochronisme lié aux changements de position de la montre. Comme le centre de gravité du spiral est décalé de manière variable en fonction de la position, la force gravitationnelle crée un couple qui affecte la fréquence des oscillations du balancier — augmentation dans certaines positions, diminution dans d’autres —. La modification de la marche de la montre en est la conséquence logique. Le fait que le silicium soit plus léger que les métaux précédemment utilisés diminue l’effet Grossmann.

Le magnétisme est l’un des ennemis traditionnels des spiraux en métal. Lorsque ces derniers sont exposés à un champ magnétique suffisamment puissant, certaines parties peuvent être aimantées. Dans de tels cas, les petits aimants créés font que les spires s’attirent ou se repoussent, ce qui modifie les caractéristiques du spiral et interfère sur la marche du garde-temps. Pour y remédier, les horlogers ont coutume d’équiper les montres – surtout les modèles de plongée – d’un boîtier interne en fer doux qui protège le spiral du magnétisme. Cette approche présente plusieurs inconvénients, dont le fait de rendre les montres plus épaisses et plus lourdes, tout en interdisant de facto l’adjonction d’un fond de boîtier transparent. Naturellement amagnétique, le silicium n’est pas exposé au risque de l’aimantation. Sans qu’il soit nécessaire de recourir aux méthodes précédentes, la protection est tout aussi efficace. De plus, pour Breguet, les propriétés amagnétiques du silicium présentent l’avantage de permettre d’autres applications et notamment l’emploi d’aimants au coeur même du mouvement, sans le moindre risque pour la marche de la montre. Deux exemples d’inventions protégées par des brevets : les pivots magnétiques placés sur l’axe du balancier de la Chronométrie et le régulateur magnétique de la Musicale ou de la Tradition Répétition Minutes Tourbillon.

Silicon lever from the calibre 777Q, Ref. 5177.

L’ancre en silicium équipant le calibre 777Q réf. 5177. © Breguet

Il ne faut en aucun cas négliger les effets de l’âge sur les caractéristiques du spiral. Au fil du temps, les matériaux traditionnels peuvent subir des modifications en matière de rigidité et avoir un impact négatif sur l’isochronisme et la marche. En revanche, le silicium reste stable dans le temps et n’est pas sujet aux effets du vieillissement des métaux.

La liste des atouts du silicium est longue et la compensation thermique en est un de première importance. Des chercheurs ont découvert que le fait de recouvrir le spiral d’oxyde de silicium minimise les effets des changements de température, les réduisant à un seuil bien inférieur à celui qu’impose la certification délivrée par le COSC (Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres). De plus, cela permet aux constructeurs de mouvements Breguet d’ajuster la compensation en fonction des caractéristiques du matériau utilisé pour le balancier. Cette faculté est importante dans la mesure où, selon le mouvement, Breguet fabrique des balanciers parfois en Glucydur, parfois en titane, des métaux qui ont des propriétés thermiques très différentes.

L’introduction du silicium représente une avancée majeure dans l’horlogerie contemporaine. Breguet l’a naturellement adopté. Dans certains mouvements, Breguet recourt au silicium pour d’autres composants essentiels dans la mesure du temps. Dans le Type XXII, non seulement le spiral mais aussi l’ancre et la roue d’échappement sont en silicium. Ce fut le premier garde-temps Breguet conçu pour fonctionner à une fréquence de 10 Hz (72 000 alternances par heure). En surpassant les normes généralement situées entre 2,5 et 4 Hz dans l’industrie horlogère, le mouvement a repoussé les limites en vigueur pour les mouvements mécaniques en général et pour les chronographes en particulier. Deux propriétés du silicium se sont avérées particulièrement utiles pour l’ancre et la roue d’échappement : la légèreté et la réduction des frictions (souvenez-vous du perçage méticuleux des dents, pratiqué il y a deux cents ans pour diminuer les frottements). La légèreté a pour effet de minimiser la consommation d’énergie, ce qui est primordial quand on cherche à atteindre de hautes fréquences, et par conséquent de participer à la réduction de l’inertie des composants, un grand avantage lorsqu’ils oscillent aussi rapidement.

The silicon lever from the Type XXII, Ref. 3880.

L’ancre en silicium équipant le modèle Type XXII réf. 3880. © Breguet

Le Type XXII n’est pas le seul garde-temps Breguet doté de composants en silicium autres que le spiral de balancier. La Chronométrie dispose elle aussi d’une roue d’échappement en silicium à la géométrie allégée qui permet d’atteindre une fréquence de 10 Hz. Quant aux références 5177 et 5837, elles sont équipées d’une roue d’échappement et d’une ancre en silicium.

Il n’est pas exagéré d’affirmer que pour les constructeurs de mouvements, les horlogers, les connaisseurs et chaque possesseur d’une montre équipée de composants silicium, ce matériau représente une avancée majeure. Le très large éventail de propriétés physiques souhaitables offert justifie amplement du rang élevé qu’on lui accorde, parmi les innovations les plus importantes de l’histoire de l’horlogerie.

La marque

Inspirée par un patrimoine exceptionnel d’archives, conservées en Suisse et à Paris, riche d’une tradition ininterrompue, la Maison Breguet innove sans relâche et se doit d’être toujours en avance sur son temps.

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