Le régulateur, partie II

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Regulators pt. I - Everything You Need To Know
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Devenez un expert en horlogerie grâce notre indispensable guide technique, pour aller jusqu’au cœur du mouvement.

Dans notre premier chapitre consacré au régulateur, nous avons parlé de ce que fait l’organe réglant dans une montre et de quels éléments il est composé, à savoir l’oscillateur et l’échappement. Aujourd’hui nous allons approfondir le sujet, alors préparez-vous à une expérience étourdissante. On ne peut pas comprendre comment fonctionne un oscillateur et faire autre chose en même temps. Alors je vous recommande de lire ceci à un moment où vous êtes en mesure de vous concentrer. Dans le train, peut-être, ou pendant une pause de dix minutes aux toilettes. Même si vous n’avez pas l’esprit technique et que vous ne vous intéressez pas du tout aux oscillateurs horlogers, cet article pourrait tout de même vous être utile si vous avez des difficultés à vous endormir. Je plaisante, évidemment. Les oscillateurs sont fascinants : ils vont vous tenir éveillé bien après votre couvre-feu habituel.

Petit rappel de ce que fait un oscillateur : il oscille, c’est-à-dire qu’il tourne régulièrement dans un sens puis dans l’autre lorsqu’on le pousse avec une impulsion. Cette oscillation, ces alternances, nous fournissent des unités de temps, les unes immédiatement après les autres, toutes de la même durée, exactement comme un métronome.

Le regulatéurs

Le pendule est un autre exemple d’oscillateur, c’est pourquoi l’on voit ces longs objets pendants dans les pendules...c'est à dire de grandes horloges mécaniques. Ils font partie de l’organe réglant de ces horloges, mais il n’est pas vraiment commode ni pratique d’implanter un pendule dans une montre de poignet. Premièrement, il n’y a pas assez de place. Deuxièmement, une montre est soumise à beaucoup de mouvements aléatoires lorsqu’elle est portée, et un pendule ne fonctionne correctement que si on ne le secoue pas.

Le régulateur

C’est pourquoi, dans pratiquement toutes les montres mécaniques, le travail de l'oscillateur est effectué par deux composants agissant de concert : un spiral et un balancier. Ce système offre l’avantage d’être compact et relativement résistant au niveau moyen de perturbation causées par les mouvements d’un poignet. Cette combinaison de spiral et de balancier est aussi appelée balancier spiral.

Le régulateur

Le spiral est un petit ressort plat, très fin et très léger. Il est réalisé dans un matériau rigide mais flexible, permettant à ses anneaux de s'ouvrir et de se resserrer librement. Le balancier accroît la masse du système, ce qui le rend plus stable et plus facile à ajuster.

Une impulsion, c'est à dire un apport d’énergie, est donnée au balancier par la cheville d’impulsion. Depuis sa position d’équilibre (celle où le spiral est au repos), le balancier tourne d’abord dans un sens, se déplaçant selon un angle entre 270° et 315°, un écart déterminé pour optimiser la précision. Une fois qu’il atteint cet angle maximum de rotation (ou amplitude), il revient en arrière, tournant dans la direction opposée grâce à la force de rappel fournie par le spiral, qui essaie de revenir à l’équilibre. Lorsqu'il revient à la position d’équilibre, l’élan du balancier est encore suffisant pour prolonger la rotation. Mais le second angle de rotation va être plus petit à cause de la friction. Donc pour faire en sorte que le balancier tourne avec une amplitude égale dans les deux sens, la cheville d’impulsion reçoit un autre apport d’énergie au moment où le balancier atteint sa position d’équilibre. Avec cette force supplémentaire, le balancier peut continuer à tourner avec la même force que dans la première direction. Lorsqu’il atteint l’amplitude maximale, il revient à nouveau en arrière vers la position d’équilibre.

Ce cycle (qui commence lorsque le balancier est à sa position d’équilibre, tourne dans une direction, retourne à la position d’équilibre, tourne dans l’autre direction, retourne à la position d’équilibre) est considéré comme une oscillation. Tracé sur un graphique (x = temps, y = amplitude), on obtient ce qui est en fait une courbe sinusoïdale complète.

Le nombre d’oscillations par seconde effectué par un balancier nous donne sa fréquence. Une montre avec une fréquence de 3 Hz a un balancier qui oscille 3 fois par seconde. C’est génial, car on peut maintenant en déduire que 3 oscillations d’un balancier de 3 Hz nous donnent une seconde. Une minute est constituée de 60 secondes, ce qui signifie 180 oscillations. Une heure, c’est 3 600 secondes, donc 10 800 oscillations. Pour mesurer des jours ou même des années, il suffit de compter le nombre d’oscillations. Hourrah !

L’horloger qui a inventé l’application chronométrique des pendules et des spiraux dans les chronomètres, Robert Hooke (1635-1703), a aussi créé la formule mathématique qui nous permet de calibrer la fréquence de ces oscillateurs. Grâce à lui, nous savons précisément comment et dans quelle mesure il faut varier les différentes propriétés des oscillateurs afin de les faire osciller à la fréquence désirée. Par exemple, diminuer la longueur d’un spiral ou diminuer la masse d’un balancier a pour effet d’augmenter sa fréquence. Lorsqu’il installe un balancier dans un mouvement de montre, un horloger régleur peut donc réaliser les petits ajustements nécessaires pour que le balancier oscille à précisément 3 Hz, ou à n’importe quelle autre fréquence requise.

Si vous avez tout suivi jusqu’ici, félicitations ! Vous comprenez maintenant comment une montre mesure le temps. Dans nos deux prochains chapitres, à paraître la semaine prochaine, nous expliquerons l’importance cruciale de l’échappement et comment il permet le transfert d’énergie entre la source d’énergie de la montre et l’oscillateur. 

 

Cette série d’articles est dédiée au Dr Rebecca Struthers, qui a aimablement proposé son avis d’experte sur le texte. Le Dr Struthers est co-fondatrice de Struthers Watchmakers et la première horlogère britannique à obtenir un doctorat en horlogerie.

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