Horloge de clocher, montre de gousset, montre à quartz, pendule murale chez mémé… Tous ces garde-temps ont un point commun : ils fonctionnent au moyen d’un oscillateur. Ce composant peut prendre des formes bien différentes selon le type de montre, mais sa fonction demeure la même : fournir une fréquence aussi régulière et exacte que possible. Dans cet article, nous examinons les types d’oscillateurs les plus courants, leur fonctionnement et leurs avantages et inconvénients.
Un oscillateur : quésaco ?
En termes très généraux, un oscillateur est un dispositif qui convertit l’énergie en une oscillation cyclique. Ce mouvement est effectué autour d’un point central qui correspond presque toujours à la position de repos de l’oscillateur. Les oscillateurs utilisés dans les montres produisent une oscillation amortie dite harmonique. Cela signifie que l’oscillation est très régulière et que, sans apport d’énergie suffisant, elle diminue de plus en plus jusqu’à s’arrêter complètement.
Dans les montres-bracelets et les montres de gousset mécaniques, c’est le balancier qui joue le rôle d’oscillateur. Par contre, les horloges de clocher et les horloges à poids à mouvement mécanique utilisent généralement un pendule pour générer le rythme. Dans les montres à quartz et les montres connectées, c’est un cristal de quartz qui donne le tempo. Mais dans tous les cas, plus la fréquence de l’oscillateur est élevée, plus la marche de la montre est précise.
Fonctionnement des différents oscillateurs
Examinons de plus près les types d’oscillateurs les plus courants. Pour faire simple, nous nous concentrerons sur les systèmes d’oscillation utilisés dans les montres-bracelets. Le balancier et l’oscillateur à quartz sont de loin les systèmes les plus utilisés dans ce type de montres.
Le balancier : un mécanisme éprouvé depuis 350 ans
C’est en 1675 que le brevet du balancier a été déposé. Il a été développé par le scientifique néerlandais Christiaan Huygens, qui s’était déjà fait connaître auparavant par la construction d’horloges à pendule.
Un balancier se compose d’une serge de balancier, d’un ressort-spiral ainsi que de l’arbre central du balancier. La serge, qui se présente généralement sous la forme d’une fine roue, est animée d’un mouvement de va-et-vient par le ressort-spiral constitué d’un fil très fin. Ce mouvement est utilisé pour relâcher à intervalles réguliers l’échappement qui régule le flux d’énergie de la montre. Cette énergie est ensuite transmise aux rouages et finalement aux aiguilles de la montre. Ce processus se répète à une fréquence de 2,5 Hz à 5 Hz, selon le type de conception, ce qui correspond à un nombre d’alternances par heure (A/h) compris entre 18 000 et 36 000. La valeur standard des mouvements mécaniques modernes est actuellement de 21 600 ou 28 800 A/h, soit 3,5 ou 4 Hz.
Comme il donne le rythme, le balancier est en premier lieu responsable de la précision de la montre. Par conséquent, le comportement oscillatoire du balancier doit être bien ajusté. L’horloger doit donc veiller à ce que l’oscillation soit la plus régulière possible et à ce que l’amplitude, c’est-à-dire la déviation maximale du balancier, ne soit ni trop grande ni trop petite. Les ajustements nécessaires se font généralement à l’aide de « raquettes », qui permettent d’ajuster la tension du spiral. Il est également possible de placer de petits poids sur la serge du balancier pour ainsi compenser les éventuels déséquilibres.
Afin que le balancier ne soit pas perturbé par des chocs et des secousses, il est généralement équipé d’un système antichocs. Ceux-ci n’offrent toutefois pas une protection totale, raison pour laquelle les montres à calibre mécanique ne conviennent généralement pas à la pratique d’un sport. De plus, si le spiral du balancier est en matériau magnétique, les champs magnétiques peuvent eux aussi perturber la régularité de la montre.
Avantages et inconvénients du balancier
- Éprouvé depuis plus de 350 ans
- Tient toute une vie (et même plus) avec l’entretien adéquat
- N’a pas besoin de piles
- Confère aux montres leur tic-tac caractéristique
- Preuve d’un savoir-faire artisanal de haute précision
- Généralement moins précis que les oscillateurs à quartz
- Maintenance plus coûteuse
- Sensible aux chocs
- Réserve de marche relativement faible
- Selon le matériau, sensible aux champs magnétiques
Particulièrement précis : l’oscillateur à quartz
Le mécanisme d’oscillation d’une montre à quartz n’est en réalité pas très différent de celui d’une montre mécanique. Toutefois, contrairement au balancier, l’oscillateur à quartz est entièrement dépourvu de composants mécaniques. Dans les montres à quartz, l’unité d’oscillation se compose d’un cristal de quartz et d’un petit circuit. Une pile remplace le ressort-spiral en fournissant l’énergie et un moteur pas à pas assure l’échappement des montres à affichage analogique.
Si l’on exerce une tension électrique sur le cristal de quartz, celui-ci se met à vibrer. Ce phénomène s’explique par l’effet piézoélectrique, découvert en 1880 par Pierre et Jacques Curie. La vitesse d’oscillation du cristal dépend de sa taille et de sa forme. Le quartz des montres-bracelets ne mesure que quelques millimètres et prend généralement la forme d’un diapason. De cette manière, on est sûr que le cristal oscille à la norme industrielle de 32,768 kHz exactement, soit 32,768 oscillations par seconde. Cette oscillation est enregistrée par le circuit et « traduite » en une impulsion : une impulsion par seconde, très exactement. Cette impulsion est à son tour le signal envoyé au moteur pas à pas pour faire avancer l’aiguille des secondes d’un incrément.
La fréquence de l’oscillateur à quartz étant nettement plus élevée, les montres à quartz sont généralement bien supérieures à leurs cousines mécaniques en termes de précision. L’écart de marche d’une montre à quartz est en moyenne de 10 à 30 secondes par mois, tandis que les montres mécaniques affichent la plupart du temps cet écart après une journée seulement. Il faut cependant mentionner que les mouvements mécaniques bien réglés sont également capables d’atteindre une précision bien meilleure !
Les montres à quartz on en outre l’avantage de ne contenir pratiquement aucun composant mécanique, et ne sont donc sensibles ni aux secousses ni aux champs magnétiques. Sans pièces mécaniques, pas non plus d’usure ! Les montres à quartz ne nécessitent pas de révision, comme c’est le cas pour les montres à calibres mécaniques tous les 3 à 5 ans. De plus, ces montres n’ont pas besoin d’être remontées tous les jours. Il suffit de changer la pile tous les deux ou trois ans.
Malgré ces avantages incontestables, les montres à quartz ne jouissent pas d’une excellente réputation auprès des amateurs. Il y a plusieurs raisons à cela. L’argument le plus souvent avancé est le manque d' »âme » : pour beaucoup, un mouvement mécanique basique reste plus fascinant qu’un mouvement à quartz – un mouvement mécanique rappelle l’artisanat et le savoir-faire, tandis qu’un mouvement à quartz est synonyme de produits de masse fabriqués industriellement. Bien sûr, il y a des exceptions à la règle, comme les mouvements Oysterquartz de Rolex.
Avantages et inconvénients de l’oscillateur à quartz
- Très précis
- Résistant aux chocs et aux champs magnétiques
- Simple à entretenir
- Longue réserve de marche
- Mauvaise image car perçu comme produit de masse
- Fonctionnement avec une pile polluante
- Investissement susceptible de perdre sa valeur
Autres oscillateurs
L’histoire de l’horlogerie a été jalonnée de tentatives d’utiliser d’autres oscillateurs. L’un des concepts les plus intéressants de ces dernières décennies est certainement le Spring Drive de Seiko. Les ingénieurs du géant japonais de l’horlogerie – qui a jadis lancé la première montre-bracelet à quartz fabriquée en série – ont réussi à combiner la précision de l’oscillateur à quartz avec le charme d’un mouvement mécanique.
Zenith explore également de nouvelles voies avec son « oscillateur Zenith », présenté il y a quelques années. Il s’agit d’un seul et unique composant en silicium monocristallin qui remplace à la fois le balancier et l’échappement. La fréquence d’oscillation est de 15 Hz, faisant des mouvements dotés de cette technique les mouvements mécaniques les plus précis de tous les temps, selon Zenith.
