07/19/2022
 8 minutes

Échappements de montres innovants : technologie des microsystèmes et silicium

Par Tim Breining
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Pendant longtemps, les échappements contenant des éléments en silicium étaient réservés à des montres conceptuelles limitées, forçant le client lambda à se rabattre sur des modèles de fabrication classique. Au cours des deux dernières décennies, les spiraux en silicium ont toutefois fait leur entrée dans des collections de plus en plus abordables - et depuis leur arrivée chez Tissot, il est désormais clair que les échappements en silicium font désormais partie du grand public. 

Le fait que le Swatch Group équipe même ses marques d’entrée de gamme de cette technologie soi-disant exclusive n’est probablement pas dû au hasard : le brevet pour certains spiraux en silicium, qui garantissait une certaine exclusivité au consortium de recherche composé de l’Institut CSEM, de Rolex, de Patek Philippe et du Swatch Group, fête en effet ses 20 ans et est sur le point d’expirer dans le monde entier. 

Certains concurrents sont déjà dans les starting-blocks depuis longtemps et je peux vous garantir que les composants en silicium deviendront la nouvelle norme dans le secteur, non seulement en raison de leurs propriétés, mais aussi et surtout en raison de l’efficacité des procédés de fabrication.  

Une question tout à fait justifiée se pose alors : quelle sera la prochaine étape maintenant que l’échappement à composants en silicium est devenu l’échappement par défaut ? Je n’y mettrais certes pas ma main à couper, mais je pense que les créations futures s’éloigneront de l’échappement conventionnel avec balancier, spiral, ancre et roue d’échappement pour se diriger vers des échappements d’un genre entièrement nouveau, qui exploitent pleinement les possibilités du silicium et de la technologie des microsystèmes. Comme lors de la première introduction du silicium, cette tendance s’est d’abord dessinée dans le domaine du haut de gamme et se retrouve désormais sur des garde-temps dont les prix sont inférieurs à 5 000 €. Jetons un œil aux développements dynamiques de ces dernières années. 

Les flexures, des éléments essentiels de l’horlogerie du futur ? 

Si la révolution de l’échappement des montres n’a pas encore commencé, les concepts qui pourraient lui ouvrir la voie existent déjà sous la forme d’oscillateurs à pivot flexible, que connaissez peut-être sous le nom de « flexures ». 

Il s’agit composants monolithiques utilisant uniquement l’élasticité pour transmettre des forces ou restreindre de manière précise des degrés de liberté de mouvement. Au lieu d’assembler plusieurs composants tels que des ressorts, des guides et des paliers, seules la géométrie et l’élasticité du matériau sont utilisées pour atteindre ces objectifs. Laissez-moi vous donner quelques exemples de ce système dans la vie quotidienne afin d’illustrer mes propos. L’exemple le plus parlant est celui du coupe-ongles, qui se compose généralement de pièces de tôle découpées et qui se sert de leur élasticité pour effectuer le mouvement de coupe - allez vérifier dans votre salle de bains, vous n’y trouverez aucun ressort ou axe séparé. Un autre exemple est celui des pinces fraîcheur pour les aliments : elles se ferment grâce à l’élasticité du matériau plastique et restent flexibles à l’état ouvert grâce à la pièce de liaison extrêmement fine entre les deux moitiés. 

Pourquoi de tels mécanismes sont-ils subitement devenus si intéressants dans le domaine de l’horlogerie alors que nous les utilisons depuis toujours dans la vie quotidienne ? Cet intérêt s’explique par les possibilités techniques de fabrication offertes par la technologie des microsystèmes, qui permet de fabriquer des composants conçus par ordinateur en une seule étape, en grand nombre et avec une géométrie presque parfaite. Compte tenu des exigences de précision requises à l’encontre des composants horlogers, il n’était pas envisageable de fabriquer en série et de manière conventionnelle de minuscules composants avec des ressorts articulés dont l’épaisseur ne dépasse pas quelques millièmes de millimètre. De telles structures filigranes ne sont de toute manière pas adaptées aux procédés de fabrication soustractifs courants comme le tournage et le fraisage.  

Les premières montres abordables produites en série sont la preuve que ces concepts permettent non seulement de minimiser le nombre de pièces, mais également les retouches et les travaux de réglage. Les performances chronométriques et la réserve de marche de ces garde-temps ont aussi le potentiel de déclasser les montres conventionnelles misant sur la configuration classique du balancier avec spiral, ancre et roue d’échappement - même celles qui utilisent déjà des composants en silicium.   

La performance pionnière oubliée de Parmigiani Fleurier 

L’Institut CSEM, qui n’en est pas à son premier coup d’essai en matière de silicium et de technologie des microsystèmes, ne se contente pas d’être actif au sein de grands consortiums de recherche. En 2016, il a ainsi présenté en coopération avec la marque Parmigiani Fleurier un échappement baptisé de manière très pragmatique « échappement Genequand » d’après son inventeur, Pierre Genequand. 

Cet échappement combine deux concepts déjà établis et les réunit en une construction innovante et pionnière. L’un d’eux est un concept d’échappement à friction optimisée développé par le légendaire horloger John Harrison, dont l’échappement Grasshopper a servi de modèle pour le fonctionnement de l’échappement Genequand, et le second concept est celui des mécanismes de « flexure » élastiques qui nous accompagnera tout au long de cet article. 

Genequand a adapté l’échappement Grasshopper de Harrison de manière à ce que les axes à friction soient remplacés par des ressorts à lames très minces intégrés dans la masse d’inertie monolithique. L' »ancre » est également montée sur cette dernière et utilise elle aussi des ressorts à lames élastiques au lieu de paliers à friction indésirables. En théorie, il ne reste donc plus que le frottement interne dans le matériau ainsi que les éventuelles résistances à l’air amortissant les oscillations de l’oscillateur entre les transmissions d’impulsions. 

Les composants en silicium ont permis d’améliorer davantage la transmission de force à faible friction, qui était le principal objectif de l’échappement Grasshopper. Au final, Parmigiani a pu présenter au SIHH de 2016 une montre concept baptisée « Senfine » dotée d’une réserve de marche incroyable de 70 jours avec un oscillateur offrant une fréquence élevée de 16 Hz. 

Si le salon SIHH n’est plus puisqu’il a en quelque sorte été remplacé par le Watches & Wonders, personne ne sait ce qu’il est advenu du merveilleux échappement issu de la collaboration entre Genequand et Parmigiani. Il existe des rapports anecdotiques sur la difficulté de l’industrialisation et de la miniaturisation, mais aucune explication certaine. 

Même si le concept Senfine n’était pas viable d’un point de vue économique ou, à l’époque, pas réalisable du point de vue de la technique de fabrication, cette avancée est absolument révolutionnaire. Les concepts comparables de plus en plus abordables des concurrents, qui arrivent lentement mais sûrement sur le marché, en sont la meilleure preuve. 

La Zenith Defy Lab, une innovation en petite série 

2017 marque un tournant dans l’histoire de Zenith : elle correspond en effet à l’année de la présentation de sa nouvelle collection Defy. Toute l’attention de la presse s’est portée sur la Defy 21, la pièce phare de la collection avec ses deux échappements et son chronographe 50 Hz. Aux côtés des modèles Defy 21 se trouvaient des exemplaires équipés des calibres classiques El Primero ainsi que de la Defy Lab.

Zenith Defy El Primero 21
Zenith Defy El Primero 21

En parallèle de la collection permanente, un nouveau développement révolutionnaire a été présenté par l’équipe de recherche de Guy Sémon, à qui nous devons déjà de nombreux raffinements techniques au sein de la division horlogère de LVMH. 

La Defy Lab possède de nombreuses caractéristiques esthétiques de la collection Defy et peut être facilement confondue avec les variantes squelettées de la Defy 21. Un tout autre calibre donnait toutefois la cadence dans le boîtier extra-léger en « Aeronith », une sorte de mousse d’aluminium à teneur en plastique. 

Un coup d’œil à l’intérieur de la Defy Lab révèle à nouveau une masse oscillante à la géométrie très complexe, dont les minces éléments élastiques sont révélateurs d’un mécanisme flexure. La parenté avec les échappements classiques s’arrête toutefois à la roue d’échappement de la Defy Lab et la trentaine de composants suivants sont remplacés par l' »oscillateur Zenith » monolithique. Avec une fréquence impressionnante de 15 Hz, la montre dispose d’une réserve de marche de 60 heures. Les performances chronométriques de la Defy Lab sont encore plus impressionnantes, avec un écart de marche quotidien de seulement 0,3 seconde d’après Zenith.  

LVMH a cependant bénéficié de soutien pour ce projet : l’oscillateur a été réalisé en collaboration avec la société Flexous, une start-up de l’université de Delft. Comme son nom l’indique, cette société a également réalisé des recherches sur les mécanismes flexures. Les objectifs listés sur le site Internet de Flexous sont similaires aux avantages des composants élastiques dans les montres : durées de fonctionnement plus longues, nombre de composants réduit, montres plus fines et absence de lubrifiants. 

En 2019, la technologie de la Defy Lab a finalement été rendue accessible au grand public sous le nom de Defy Inventor. Ces modèles figurent encore au catalogue de divers revendeurs et un exemplaire était également disponible chez Chrono24 au moment de la rédaction de cet article. Sur la page d’accueil de Zenith, la section consacrée au modèle a toutefois été laissée à l’abandon et l’accent est désormais mis sur d’autres déclinaisons des Defy, El Primero et autres modèles du même acabit.  

Zenith Defy Inventor, released in 2019
La Zenith Defy Inventor lancée en 2019

En tant que personne externe à l’entreprise, difficile de savoir si cette montre a été abandonnée car demandant trop d’effort, pas assez rentable ou ne rencontrant tout simplement pas les faveurs du public. Ce ne serait toutefois pas la première fois qu’une création géniale de l’équipe de développement de Guy Sémon passerait à la trappe - je pense en particulier au spiral de balancier nanotube en carbone qui, dans l’Autavia Isograph, promettait une véritable innovation dans le segment de prix moyen. Après rappel de produit concernant de nombreux exemplaires, la référence munie du spiral en carbone a malheureusement disparu et le mouvement a été remplacé par un autre avec un spiral conventionnel. Les articles spécialisés racontent que l’industrialisation du spiral aurait été trop difficile pour un modèle populaire comme l’Isograph. 

Cette brève digression illustre de manière impressionnante le champ de tension dans lequel évoluent les marques avec de telles innovations. Personne ne sait pour l’instant si la technologie ambitieuse de la Lab et de l’Inventor aura un avenir chez Zenith ou chez LVMH.  

La Slimline Monolithic de Frédérique Constant, une percée dans la production en sérieₒ? 

La montre avec un concept d’échappement précurseur méritant le plus le qualificatif de « grand public » est signée Frédérique Constant. La Slimline Monolithic a été réalisée en collaboration avec la société Flexous, également à l’origine de l’oscillateur de la Zenith Defy Lab, ce qui explique la similitude conceptuelle entre deux échappements. 

The Frederique Constant Slimline Monolithic
La Slimline Monolithic de la maison Frédérique Constant

L’oscillateur de la Slimline Monolithic n’occupe certes pas tout le diamètre du boîtier, comme c’est le cas pour la Zenith Defy Lab, mais il est d’autant plus visible dans la découpe du cadran de cette montre au design plutôt conservateur. L’oscillateur aux dimensions compactes oscille sans surprise à 40 Hz, soit nettement plus vite que celui de Zenith ou de Parmigiani.  

Une fréquence aussi inédite appliquée à une montre classique serait synonyme d’une réduction de l’autonomie, qui ne serait que de quelques heures - voire de quelques minutes. Ce n’est pas le cas de la Slimline Monolithic, qui fait même mieux que la Zenith en offrant 80 heures de réserve de marche. Un réglage fin est également possible grâce à deux masses excentriques ajustables.  

Ce chiffre impressionnant reste toutefois bien éloigné des réserves de plusieurs mois annoncées jadis par Parmigiani et la performance chronométrique est elle aussi plutôt moyenne avec -4/+6 secondes par jour. S’il ne fait aucun doute que cette technologie présente un plus grand potentiel, comme l’a déjà démontré la concurrence, il ne faut pas oublier qu’il est très difficile d’adapter des concepts ou des petites séries à la production de masse. Les performances de Frédérique Constant et Flexous ne doivent donc en aucun cas être sous-estimées. 

Les modèles de la collection sont officiellement des éditions limitées, mais 810 exemplaires est un nombre digne d’une production en série. Frédérique Constant reste discret sur une éventuelle intégration dans la collection permanente et souhaite attendre la réaction du public à cette première série limitée. 

Je suis bien incapable de prédire l’avenir mais, si l’on se réfère à la critique initiale du silicium dans l’horlogerie et que l’on réalise ensuite à quel point son utilisation est désormais omniprésente, les échappements flexure devraient également avoir de beaux jours devant eux. Les échappements à ancre classiques continueront bien sûr à dominer le marché, mais la niche des alternatives innovantes va s’élargir. Quelle marque osera faire le premier pas ? 


À propos de l'auteur

Tim Breining

Je me suis intéressé aux montres à partir de 2014, pendant mes études d'ingénieur. Puis cette curiosité s'est transformée en passion. Comme mon université et le siège …

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