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La constance est une force

Avec le mécanisme à force constante d'IWC, l'échappement transmet une énergie parfaitement uniforme et assure ainsi une précision sans précédent.

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Précision horlogère:
tout est dans la spire

IWC Portugieser Annual Calendar
IWC Calendrier Annuel:
Pour l'éternité

La nouvelle montre IWC Calendrier Annuel dotée du mouvement de manufacture 52850 fait bien plus que combler le vide entre la Portugieser Calendrier Perpétuel et son compagnon à date: elle réduit le problème du calendrier à un seul réglage manuel à effectuer une fois par an, fin février. C'est tout.

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Une question de réglage

Pour qu'une montre IWC indique l'heure avec précision, il est indispensable de régler avec soin les oscillations du balancier.

IWC 52000 Calibre Movement
La nouvelle famille
de calibres 52000 IWC

Ces mouvements développés et produits en interne présenteront de nombreuses améliorations techniques et subiront également un renouvellement esthétique complet.

Expériences

Une répartition énergétique équilibrée

Le mécanisme d’échappement

Texte — Boris Schneider Date2015-03-04T10:08:59

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—En principe, le balancier remplit le même rôle que le pendule suspendu tout en continuant à fonctionner quelle que soit sa position

Une montre mécanique continue d’afficher l’heure correctement même lorsque la tension du ressort-moteur diminue. Cela est possible grâce à un mécanisme qui, depuis plus de 300 ans, fait l’objet d’améliorations constantes: l’échappement. Celui-ci est principalement formé d’un pendule, qui prend ici la forme d’un anneau, et d’un levier spécial. Le levier oscille d’avant en arrière, verrouillant et déverrouillant l’engrenage, ce qui permet aux aiguilles d’avancer de manière régulière. Seul un réglage manuel minutieux du système peut garantir une précision parfaite.

En examinant un mouvement mécanique, on est inévitablement fasciné par l’interaction rapide entre le balancier et les palettes. Toutefois, ce que l’œil profane perçoit comme le moteur de la montre joue davantage un rôle de frein. «L’échappement permet au ressort-moteur de distribuer de l’énergie par petites quantités égales, à la manière du tourniquet qui ne laisse passer qu’une personne à la fois dans le métro», résume Raphael Frauenfelder, horloger et responsable de projet en industrialisation chez IWC à Schaffhausen.

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Un pendule en forme d’anneau pour réguler la cadence

Lorsqu’il est remonté, le ressort-moteur entraîne une série de roues dentées qui sont reliées aux aiguilles. L’échappement constitue la dernière étape de l’engrenage et fait office de frein. Sans lui, les aiguilles tourneraient à grande vitesse autour du cadran et la réserve d’énergie de la montre serait épuisée en quelques secondes. Mais l’échappement ne se contente pas de brider le ressort-moteur: il distribue également son énergie par des pulsations savamment dosées. Le pendule s’est imposé comme l’instrument le plus efficace pour assurer ce rôle. Son principal avantage est qu’il continue d’osciller par intervalles quasi égaux indépendamment de la quantité d’énergie qui circule dans l’engrenage.

Dans les montres d’antan, la cadence était définie par un pendule oscillant à une vitesse modérée. Pour les montres à gousset, dont la position change en permanence et qui sont sujettes à des accélérations rapides, ce système ne convient pas. En 1670, le mathématicien néerlandais Christian Huygens eut l’idée de laisser un anneau osciller sur le balancier. L’anneau se substitue au pendule tandis que le ressort imite la gravité. En principe, le balancier remplit le même rôle que le pendule suspendu tout en continuant à fonctionner quelle que soit sa position. Il s’agit du dernier sous-ensemble du mouvement après l’échappement.

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—Le spiral Breguet améliore la précision

L’échappement constitue la dernière étape de l’engrenage et fait office de frein

Rien ne doit influencer le balancier

L’organe réglant d’une montre doit être conçu de manière à être le plus imperméable possible aux influences externes. Les variations de température représentent un défi spécifique car elles provoquent la dilatation ou la contraction de certains métaux. Au niveau du balancier, cela peut avoir une influence néfaste sur la précision. Pendant de nombreuses années, les spiraux étaient constitués de carbone. Problème: avec ce matériau, une variation d’un degré Celsius peut induire des décalages d’environ 10 secondes par jour. C’est la raison pour laquelle des balanciers mixtes, constitués d’acier et de laiton, furent utilisés. «Si la température diminue, le diamètre de l’anneau augmente pour compenser l’élasticité accrue du balancier», explique Frauenfelder.

Depuis le début du XXe siècle, les progrès en métallurgie ont accéléré le développement de matériaux innovants. Le matériau le plus couramment utilisé pour fabriquer les spiraux à l’heure actuelle est un alliage mis au point dans les années 1930. Celui-ci est principalement composé de cobalt, de molybdène, de tungstène et de béryllium. Concernant le balancier, c’est un alliage extrêmement dur de cuivre et de béryllium qui s’est imposé comme le matériau de prédilection. «Ces deux métaux sont pratiquement insensibles aux variations de température, ne rouillent pas et sont moins affectés que l’acier par les champs magnétiques», reprend Frauenfelder. Plus récemment, des spiraux en silicium ont été expérimentés. Néanmoins, il faudra attendre quelques années pour savoir si ce semi-métal, bien connu dans le domaine de l’électronique, sera adopté à grande échelle en horlogerie.

Incabloc-Stosssicherung
—Un système de protection spécial contre les chocs - le système INCABLOC (™) permet de s'assurer que les impacts n’endommagent pas les composants les plus fragiles

Une spire spécifique pour une précision accrue

Mais ce mécanisme ultra sensible n’est pas affecté uniquement par les variations de température. Au tout début du XIXe siècle, l’horloger suisse Abraham-Louis Breguet observa qu’un spiral plat avait tendance à s’allonger excentriquement lors de l’oscillation. Ce phénomène, particulièrement prononcé lors des changements de position, nuit à la précision de la montre. Breguet eut l’idée de surélever la spire extérieure du spiral, permettant à celui-ci de se développer concentriquement, avec à la clé une plus grande régularité. Un mathématicien français, Édouard Phillips, calcula ensuite la forme de la spire extérieure et perfectionna le principe. Chez IWC, la spire du spiral Breguet est toujours fixée manuellement. Cette tâche exige un degré de compétence et d’expertise très élevé de la part de l’horloger.

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—Le balancier du calibre IWC 98295 de manufacture peut être ajusté grâce à la queue de raquette

Des amortisseurs pour protéger le mécanisme

La protection du système d’oscillation face aux impacts mérite une attention toute particulière. Toujours en mouvement, le balancier est l’un des composants les plus exposés à l’usure. À une fréquence de 4 hertz, le balancier effectue 28 800 alternances par heure. La serge du balancier, qui mesure environ un centimètre de diamètre, est montée sur un arbre muni de roulements de moins d’un dixième de millimètre de diamètre. «Pour s’assurer que les impacts n’influent pas sur la marche de la montre et n’endommagent pas les composants les plus fragiles, les roulements de la tige du balancier sont équipés d’amortisseurs spécifiques», expose Frauenfelder.

Réglage manuel de la précision

Pour qu’une montre soit précise, les oscillations du balancier doivent être égales. Pour ce faire, le pendule en forme d’anneau doit être méticuleusement fixé à la main. L’horloger peut régler le balancier grâce à la queue de raquette. Ce minuscule levier modifie la longueur active du spiral. On peut l’observer assez nettement au verso du calibre IWC 98295 de manufacture, doté d’une queue de raquette surdimensionnée surnommée «flèche Jones» en hommage à son inventeur. Un principe que l’on retrouve en lutherie: les frettes disposées sur le manche de la guitare permettent de changer de note en modifiant la longueur des cordes.

En fonction du design, le système d’oscillation peut également être réglé à l’aide de cames excentrées ou de vis de masse oscillante. En cas de rotation vers l’extérieur, le rythme d’oscillation ralentit. Au contraire, en cas de rotation vers l’intérieur, les oscillations s’accélèrent. Ce phénomène est similaire à ce qui se produit lorsque nous tournons sur une chaise pivotante et que nous essayons de nous recroqueviller ou au contraire de déployer nos bras. Pour optimiser la masse de ces minuscules vis d’un millimètre, celles-ci sont fabriquées en or massif.

Pour qu’une montre soit précise, les oscillations du balancier doivent être égales.

L’échappement mesure les battements

L’échappement a pour fonction de transmettre à l’engrenage la cadence dictée par le balancier. Au fil des siècles, d’innombrables systèmes ont été mis au point dans cette optique. De tous ces procédés, c’est l’échappement à ancre suisse qui a été retenu. Celui-ci se compose d’une roue d’échappement, d’une ancre et d’une cheville d’impulsion. Dernière roue de l’engrenage, la roue d’échappement est entraînée par le ressort-moteur. Formée d’acier ou de laiton, l’ancre possède une forme similaire à une ancre de bateau. Elle assure la relation avec le balancier. Les deux bras de l’ancre sont dotés de minuscules rubis, les palettes, qui interagissent avec les dents de la roue d’échappement. À l’extrémité supérieure, la cheville d’impulsion est montée sur un disque au niveau de la serge du balancier et oscille en continu.

Lorsque le balancier oscille dans une direction donnée, l’une des palettes verrouille l’engrenage. Lorsqu’elle retourne à son point de départ, la cheville d’impulsion s’engage dans l’ancre. La palette de l’ancre est repoussée du côté opposé, ce qui libère la palette. Le mécanisme est déverrouillé et les aiguilles peuvent avancer. L’espace d’un instant, c’est le balancier qui est le moteur de l’ensemble du processus.

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—L’échappement à ancre suisse a largement prouvé son efficacité
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—Le balancier reste en mouvement grâce aux impulsions régulières distillées par l’ancre

Moteur et frein

Ensuite, les rôles s’inversent. Entraînées par l’engrenage, les dents de la roue d’échappement déverrouillée s’engagent avec l’autre côté de la palette, donnant ainsi une impulsion à l’ancre. La cheville d’impulsion transmet cette impulsion au balancier, qui oscille maintenant dans la direction opposée. À présent, la deuxième palette entre dans le champ de la roue d’échappement et verrouille à nouveau l’engrenage. Cette procédure se répète à chaque vibration de la serge, alternant dans chaque direction. C’est le son des palettes frappant les dents métalliques de la roue d’échappement qui produit le fameux tic-tac de la montre. Une pellicule lubrifiante réduit le frottement et assure le bon déroulement du processus.

«Le balancier reste en mouvement grâce aux impulsions régulières distillées par l’ancre. Autrement, la perte d’énergie due aux frottements entraînerait rapidement l’arrêt de la montre», souligne Frauenfelder. À mesure que la tension du ressort-moteur diminue, les impulsions transmises au balancier s’affaiblissent et l’amplitude se réduit. Malgré cela, les intervalles de passage de la cheville d’impulsion et la fréquence à laquelle l’ancre libère les roues demeurent identiques.

Les ficelles du métier

Pour assurer un degré de précision optimal tout au long de la durée de vie de la montre, il faut tenir compte de nombreuses théories complexes. Chez IWC, les horlogers peuvent puiser dans un large éventail de techniques leur permettant d’augmenter toujours davantage la précision de la montre. Par exemple, il est possible d’ajuster de quelques centièmes de millimètres les deux goupilles fixant la raquette au spiral afin d’optimiser la synchronisation du système d’oscillation.

Le réglage de l’ancre et de la roue d’échappement exige une grande dextérité car les angles ne souffrent d’aucune approximation. Les palettes, qui ne mesurent qu’un millimètre de long, sont fixées à l’ancre à l’aide de gomme-laque, une résine obtenue à partir des sécrétions de la cochenille. Pour que les composants interagissent correctement et que le mouvement oscille à intervalles réguliers, la pose de la gomme-laque doit s’effectuer avec une précision au centième de millimètre.

«Dans l’industrie horlogère, de plus en plus de procédés sont industrialisés, mais l’échappement demeure le fruit d’un savoir-faire purement manuel», résume Frauenfelder. C’est peut-être pour cette raison que l’horlogerie mécanique ancestrale conserve un tel pouvoir de fascination.

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