22 mai 2020
 8 minutes

Le ressort, source d’énergie de la montre

Par Tim Breining
CAM-1199-Energiequelle_einer_Uhr-2-1

Le ressort, source d’énergie de la montre

À première vue, le ressort ou le ressort moteur ne fait pas partie des composants les plus passionnants d’une montre. Contrairement aux cadrans ou aux boîtiers, il fait rarement l’objet de discussions animées entre passionnés. Habituellement dissimulé sous des platines dans le barillet, il remplit sa mission en toute discrétion et tranquillité. Avec l’échappement et le rouage, il constitue toutefois l’un des éléments fonctionnels centraux d’une montre mécanique, qu’elle soit à remontage manuel ou automatique. Malgré son aspect peu spectaculaire, il a pour fonction principale d’alimenter la montre en énergie et contribue également à sa précision. Le choix des matériaux et la production d’un ressort sont donc synonymes d’un important savoir-faire, soigneusement gardé par les fabricants et les fournisseurs. Une construction astucieuse ainsi que la combinaison de plusieurs barillets permettent de réaliser des montres particulièrement plates disposant tout de même d’une excellente réserve de marche de plus d’une semaine. En bref, il est grand temps d’examiner plus en détail ce composant sous-estimé.

Mouvement MB&F LM 101
Mouvement MB&F LM 101

Caractéristiques générales d’un ressort

Les ressorts permettent de stocker l’énergie quelle que soit la position de la montre et sont donc prédestinés aux montres « portables », telles que les montres de poche ou les montres-bracelets, dans lesquelles il est impossible d’utiliser le système de balancier classique (pourtant très pratique) des horloges murales ou comtoises. La forme caractéristique de spirale enroulée du ressort est due à l’espace disponible dans le mouvement et à la nécessité d’un mouvement de rotation. Il serait en théorie possible d’envisager d’autres géométries, mais celles-ci nécessiteraient un espace trop important ainsi qu’un dispositif supplémentaire afin de convertir le mouvement linéaire en mouvement rotatif.

Le comportement du ressort en forme de spirale est identique à celui d’un simple ressort de flexion ou d’un ressort à lames, comme lorsque vous maintenez l’extrémité d’une règle sur une table et que vous appuyez sur l’extrémité libre. La version enroulée en spirale permet cependant de loger toute la longueur du ressort dans un volume extrêmement compact. Il est ainsi possible d’insérer des ressorts de plusieurs dizaines de centimètres à bien plus d’un mètre de long dans un barillet, qui ne prend lui-même que peu de place dans le mouvement.

Barillet Rolex
Barillet Rolex

Conception et caractéristiques particulières du ressort

La rigidité du ressort dépend du matériau et de ses dimensions géométriques (épaisseur, largeur et longueur). Lorsque l’épaisseur est doublée, la rigidité est par exemple multipliée par huit. Le principe inverse s’applique pour la longueur : une longueur deux fois plus importante est synonyme d’une rigidité huit fois plus faible. La largeur étant uniquement linéairement liée à la rigidité, le doublement de la première entraîne également le doublement de la seconde. Les ressorts larges sont de toute manière à éviter car ils augmentent la hauteur du mouvement, et donc de l’ensemble de la montre. Il est ainsi uniquement possible de varier l’épaisseur et la longueur du ressort pour les différents matériaux. Cette modification affectant toutefois théoriquement tout autant les propriétés mécaniques, des paramètres supplémentaires doivent être pris en compte, par exemple l’installation dans le barillet.

Le remontage est généralement effectué via le noyau du ressort au milieu du barillet, sur lequel se trouve un crochet auquel le ressort principal vient s’accrocher au moyen d’une encoche. Sur la paroi intérieure du barillet, l’extrémité extérieure du ressort est soit fixe, soit (comme c’est le cas sur les montres automatiques) munie d’une bride coulissante qui lui permet de glisser en cas de surcharge. L’espace libre entre le noyau du ressort et la paroi intérieure du barillet est maintenant disponible pour le ressort afin d’utiliser le maximum de son potentiel. Il existe des limites naturelles à la réduction du diamètre du noyau du ressort, qui doit par exemple bien entendu continuer à résister aux contraintes mécaniques. Il convient cependant de noter qu’un petit diamètre de noyau provoque une très forte flexion de l’extrémité interne du ressort, qui doit à son tour tenir compte des limites physiques du matériau. Les ressorts trop épais sont ainsi inadaptés car le matériau est soumis à des contraintes plus importantes en cas de flexion. L’espace disponible pour l’installation correspond en fin de compte au diamètre limite du barillet.

Ressort à l'état détendu
Ressort à l’état détendu

Il est impossible d’apporter une seule solution généralisée dans la recherche du ressort « parfait » : de nombreux facteurs d’influence doivent être pris en compte et la modification d’une propriété géométrique du ressort en influence d’autres. Le calcul exact des dimensions d’un ressort ou d’un barillet est un processus itératif qui peut être simplifié grâce à des valeurs empiriques et des formules approximatives. Même si les dimensions du barillet d’un ressort et d’un mouvement sont identiques, cela ne signifie pas que les deux sont compatibles. Dans l’idéal, le ressort doit être parfaitement adapté au mouvement afin d’obtenir une réserve de marche maximale (c’est-à-dire un certain nombre de tours) lorsque la puissance disponible est suffisante.

La solution du ressort en forme de spirale est certes compacte, mais présente quelques inconvénients notables en raison du principe sur lequel elle se base. Une propriété commune à tous les ressorts se révèle un inconvénient pour leur utilisation dans une montre : la force du ressort augmente avec l’augmentation de la course du ressort, c’est-à-dire avec un remontage supplémentaire. La fluctuation de la force motrice s’accompagne à son tour d’une modification de la cadence de la montre pendant la durée de la course. Nous avons déjà discuté dans cet article de solutions à ce problème, en particulier dans le domaine de la haute horlogerie et donc dans les segments de prix élevés. L’écrasante majorité des montres doivent d’une manière ou d’une autre s’accommoder de ce problème. S’il est impossible de le résoudre complètement, certaines astuces permettent tout du moins de le réduire au minimum. Il est par exemple possible de fléchir le ressort dans la direction opposée, ce qui est uniquement visible lorsque le ressort est retiré du barillet. À l’état détendu, les ressorts modernes ne prennent pas la forme d’une spirale mais possèdent des extrémités pliées en S dans des directions opposées. Lorsque le ressort est mis en place, cette conception permet de garantir que la force émise par le ressort tout au long de sa course est plus régulière.

Matériaux

Comme mentionné au début de cet article, les matériaux utilisés pour la fabrication des ressorts sont hautement spécialisés. En tant que « cœur » de la montre, le spiral de l’échappement est généralement la vedette des communiqués et des campagnes publicitaires des fabricants. Des progrès considérables ont été réalisés dans ce domaine au cours des dernières décennies, notamment avec la création d’alliages brevetés ou l’utilisation du silicium et du carbone. Le développement des alliages destinés aux ressorts de traction est également passé par plusieurs stades importants.

A. Lange & Söhne Lange 1
A. Lange & Söhne Lange 1

Les collectionneurs de montres anciennes fabriquées avant la seconde moitié du XXe siècle savent parfaitement quel matériau est le plus souvent absent des ressorts historiques : les aciers au carbone utilisés à l’époque étaient sensibles à la rouille, se fatiguaient avec le temps et avaient tendance à se briser en raison de leur fragilité. La solution à ce problème a été trouvée par l’ingénieur Reinhard Straumann, qui a rendu le ressort de traction non seulement « incassable », mais également adapté à la production de masse. Son invention, le « Nivaflex », a été distribuée par la société Nivaflex SA fondée en 1951. Si ce nom vous fait étrangement penser à Nivarox, vous êtes un fin détective : l’alliage bien connu pour les ressorts de balancier et la fondation de l’entreprise Nivarox SA sont également le fruit du travail de Straumann. Le Nivaflex se compose principalement de cobalt, de nickel et de chrome, dans une moindre mesure de fer et de tungstène, et d’une quantité infime de béryllium (bien moins d’un pourcent). Le Nivarox et le Nivaflex sont aujourd’hui tous deux produits par la société hautement spécialisée Vacuumschmelze à Hanau, en Hesse. Le Nivaflex est amagnétique, résistant à la corrosion, offre d’excellentes performances et est incassable. Casser soi-même le ressort d’une montre à remontage manuel moderne résulte presque de l’exploit !

Fabrication d’un ressort

Les fabricants de ressorts reçoivent le Nivaflex sous forme de fil transformé en bande par laminage. Des sections de la bande sans fin sont coupées et un œillet, qui servira plus tard à fixer le crochet du noyau du ressort, est poinçonné à l’une des extrémités libres. Les extrémités sont ensuite pliées en forme de S dans des directions opposées, puis un traitement thermique permet de fixer les propriétés mécaniques finales. Le crochet (pour une montre à remontage manuel) ou la bride coulissante (pour une montre à remontage automatique) est soudé(e) sur l’une des extrémités. Les ressorts sont recouverts d’une couche de téflon afin d’éviter toute friction entre les différentes spires des ressorts, qui entrent inévitablement en contact à un moment ou un autre. Le ressort est soit livré à l’état assemblé et pré-lubrifié dans le barillet, soit enroulé dans un anneau de transport.

Parmi les fabricants de ressorts les plus connus, on peut par exemple citer Générale Ressorts et Schwab-Feller en Suisse. Le fait que Patek Philippe, Rolex et le groupe Richemont soient tous trois actionnaires de Schwab-Feller AG depuis 2015 reflète également l’importance des ressorts de haute qualité. En Allemagne, plus précisément à Schramberg, Carl Haas fabrique des ressorts ainsi que des spiraux pour les échappements, par exemple pour le compte de NOMOS Glashütte.

Nomos Orion Neomatik
Nomos Neomatik

Lorsqu’un seul ressort ne suffit pas, les montres se parent de deux barillets ou plus

L’installation de plusieurs barillets dans un seul mouvement est devenu un signe d’exclusivité avec les débuts de la Lange & Söhne Lange 1, qui porte clairement l’inscription « Doppelfederhaus » (double barillet) sur son cadran. Chez Chopard, la L.U.C-Quattro possède même quatre barillets ! Les grandes réserves de marche permises par l’association de plusieurs barillets sont particulièrement pratiques pour les propriétaires de nombreuses montres et les collectionneurs, qui n’ont ainsi pas besoin de régler l’heure et la date après avoir délaissé leur montre pendant un week-end ou une semaine entière. Les longues réserves de marche résultent généralement de la mise en série de plusieurs barillets, ce qui correspond à une extension théorique du ressort moteur. Le record est toutefois détenu par la Hublot MP-05 LaFerrari, livrée avec un outil de remontage électronique et dans laquelle dix barillets connectés en série offrent une réserve de marche impressionnante de 50 jours. Les roues à rochet des barillets, qui sont connectées au noyau du ressort, devant s’imbriquer les unes dans les autres pour être mises en série, ce type de conception requiert l’ajout de roues dentées supplémentaires dans le mouvement.

Hublot MP-05 LaFerrari
Hublot MP-05 LaFerrari

Il est également possible de connecter deux barillets en parallèle : cette variante ne requiert pas de roues dentées supplémentaires car les deux barillets agissent directement sur la roue centrale. S’il reste suffisamment d’espace pour disposer les barillets de manière symétrique autour de la roue centrale, les forces portantes normalement unilatérales sur la roue des minutes peuvent être pratiquement compensées. La construction parallèle entraîne une addition des forces du ressort, ce qui signifie que la force disponible est deux fois supérieure à celle d’un barillet pour une longueur de ressort identique. Dans la pratique, cette propriété est utilisée afin de réduire de moitié la hauteur des ressorts, créant ainsi des mouvements particulièrement plats sans avoir à faire de compromis sur la force motrice ou la réserve de marche. Ce type de construction est cependant bien moins répandu que la mise en série. Certains modèles, tels que ceux de la collection Duomètre de Jaeger-LeCoultre, possèdent plusieurs barillets mais les utilisent pour alimenter des fonctions distinctes, par exemple le mouvement et le chronographe.

Meistersinger Circularis avec deux barillets
Meistersinger Circularis avec deux barillets

Peu importe que votre montre soit équipée d’un, de deux ou même de plusieurs barillets, ces logements discrets ont bien des secrets à révéler. Le détenteur d’une montre à remontage manuel est en interaction directe avec le ressort. Cette interaction est certes moins directe sur les montres automatiques, mais cela ne signifie en aucun cas que le ressort perd sa place d’élément clé. Peut-être y penserez-vous la prochaine fois que vous remonterez votre montre !

Lire la suite

Dans la peau d’un horloger : la révision

Les chronographes légendaires et la naissance de la complication

Les pierres et leur fonction dans le calibre


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 …

À propos de l'auteur

Zoom sur

Rolex GMT Master II Pepsi 126710BLRO, Image: Bert Buijsrogge
Conseils pour choisir sa montre
 6 minutes

Les montres représentent-elles un bon investissement ?

Par Jorg Weppelink
Nouvelle venue dans la famille Prospex : la toute dernière série Seiko Prospex LX
Modèles
 5 minutes

Nouvelle venue dans la famille Prospex : la toute dernière série Seiko Prospex LX

Par Jorg Weppelink
Les meilleures montres à moins de 1500 €
Guide des acheteurs
 5 minutes

Les meilleures montres à moins de 1500 €

Par Tom Mulraney
Rolex GMT Master II Pepsi 126710BLRO, Image: Bert Buijsrogge
Conseils pour choisir sa montre
 6 minutes

Les montres représentent-elles un bon investissement ?

Par Jorg Weppelink
Les meilleures montres à moins de 1500 €
Guide des acheteurs
 5 minutes

Les meilleures montres à moins de 1500 €

Par Tom Mulraney

Derniers articles

002.1-CAM-1397-2-1
25 sept. 2020
Conseils pour choisir sa montre
 1 minute

Rolex GMT Master II « Root Beer » : quelle est la particularité de cette variante ?

Par Chrono24
CAM-1398-Seiko-Kaliber-6139-Magazin-2-1
23 sept. 2020
Technologie
 5 minutes

Le mouvement Seiko 6139, précurseur des mouvements chronographes modernes

Par Hirota Masayuki
CAM-1392-Magazin-2-1
22 sept. 2020
Conseils pour choisir sa montre
 5 minutes

Les meilleures montres à moins de 2 500 €

Par Jorg Weppelink