La diminution de la tension du spiral d’une montre mécanique entraîne celle de l’amplitude du balancier, ce qui influe sur la précision de la montre. Mais avec le mécanisme à force constante d’IWC, l'échappement transmet une énergie parfaitement uniforme et assure ainsi une précision sans précédent.
Comme le veut l’adage, la seule chose qui soit constante, c’est le changement. Mais son bien-fondé ne se vérifie pas tout à fait dans le monde de la Haute Horlogerie puisque tous nos efforts convergent vers un même objectif: assurer la constance afin que les oscillations du balancier soient toujours parfaitement égales. Depuis des siècles, les inventeurs et horlogers s’attellent à relever un défi bien précis: «Après remontage complet de la montre, le spiral développe son couple maximal, ce qui assure également
l’amplitude maximale du balancier. Puis, à mesure que la tension diminue dans le barillet, les oscillations faiblissent également», explique Thomas Gäumann, Responsable des mouvements IWCà Schaffhausen. Ce phénomène nuit à la précision des montres mécaniques.
Pour que les oscillations du balancier soient toujours uniformes, l'énergie transmise par les rouages et l'échappement doit être parfaitement constante. Pourtant, même si l'énergie transmise au balancier est continue, la tension décroissante du spiral agit inévitablement sur l’amplitude. Comme l’explique Gäumann: «Diverses solutions ont été mises au point pour convertir la diminution de l'énergie fournie par le spiral en élan continu à l’aide d’un mécanisme supplémentaire.»
Le mécanisme à force constante a permis une précision sans précédent.
À LA RECHERCHE DE LA FORCE CONSTANTE
L’une des solutions consiste à intégrer une transmission variable à l’infini en insérant une fusée et une chaîne entre le barillet et les rouages. Dès le 15ème siècle, Leonard de Vinci a dessiné un mécanisme de ce type que l’on pourrait comparer aux plateaux d’un vélo. Dans ce système, le barillet pivote sur lui-même et, ce faisant, remonte une chaîne montée sur une fusée conique. Une fois entièrement remontée, elle tire sur l’extrémité pointue du cône. La force délivrée est alors au plus bas, tout comme le couple transmis aux rouages. Et plus la tension du ressort est faible, plus la force délivrée à la base de la fusée et donc le couple transmis sont importants. Tout au long du processus, la force transmise au balancier reste constante.
La transmission à fusée-chaîne est surtout pertinente pour les grands instruments de mesure du temps et était beaucoup utilisée dans les chronomètres de marine, qui requéraient une précision extrême. Des mécanismes similaires ont également été utilisés dans des montres de poche, mais ce type de transmission variable à l’infini étant particulièrement gourmand en espace, son application dans les montres-bracelets est restée limitée.
INTÉGRATION D’UN ÉCHAPPEMENT SUPPLÉMENTAIRE
Ce défi de la force constante a également occupé pendant de nombreuses années les ingénieurs d’IWC, qui lui ont trouvé une solution à la fois efficace et techniquement élégante. «Notre mécanisme breveté à force constante fait intervenir un échappement supplémentaire inséré entre la roue d'échappement et la quatrième roue. Toutes les secondes, il remonte un spiral qui fait office d’espace de stockage temporaire et transmet à la roue d'échappement une énergie suffisante pour maintenir l’entraînement du balancier», résume Gäumann. L’astuce est simple: l’angle selon lequel le balancier est remonté toutes les secondes est toujours identique, ce qui fait que l'énergie transmise à l'échappement reste constante. Même lorsque la tension du spiral diminue, le balancier continue d’osciller avec la même amplitude.
Le mécanisme à force constante permet d’assurer à la montre une marche extrêmement précise. On le trouve dans les montres Portugieser Sidérale Scafusia, et il a même été intégré à un tourbillon, dans l’Ingenieur Tourbillon Force Constante. La fréquence du tourbillon à force constante a été volontairement fixée à 2,5 Hz pour permettre au système de tendre le spiral une fois par seconde.
—calibre 94800
UN SPIRAL FAISANT OFFICE DE STOCKAGE TEMPORAIRE
Au cœur de ce mécanisme se trouve une sorte d'échappement à ancre suisse. Une came triangulaire montée sur le pignon de la roue d'échappement engrène dans l’ancre à force constante en forme de fourchette, qui attrape alors la roue d’arrêt dotée de deux palettes à l’autre extrémité. Lorsque la roue d'échappement a avancé de cinq crans, elle relâche la roue d’arrêt, qui avance de 30 degrés avant d'être à nouveau stoppée. Ce processus se répète toutes les cinq alternances du balancier. À raison de 18 000 alternances par heure, cette séquence détermine également la progression de l’aiguille des secondes montée sur la cage du tourbillon. Chaque rotation de la cage fait en outre tourner un pignon de l’arbre de la roue d'échappement qui engrène dans la quatrième roue fixe et arme le spiral (situé sous la roue d'échappement) qui fournit une impulsion de force constante au balancier.
«Pour entraîner le tourbillon et le mécanisme à force constante, nous avons équipé les calibres 94800 et 94900 de deux barillets. Ensemble, ils fournissent l'énergie nécessaire pour alimenter le mécanisme pendant environ 48 heures», explique Gäumann. Après deux jours, le couple disponible n’est plus suffisant. Le tourbillon revient alors automatiquement en mode normal et avance par sauts d’un cinquième de seconde, soit au même rythme que les alternances du balancier.
UN CHALLENGE POUR LES INGÉNIEURS
Pour les ingénieurs impliqués, la conception et la fabrication du mécanisme à force constante se sont apparentées à un travail d’Hercule. La minuscule construction représentait en effet une vingtaine de pièces supplémentaires qu’il fallait intégrer à un tourbillon d’un diamètre de 15,8 millimètres. «La définition des différents processus séquentiels, comme l’arrêt et la libération de l’ancre à force constante, a été particulièrement difficile. Pour y parvenir, nous devions parvenir à un équilibre efficace entre sécurité et fonctionnalité. Il fallait également assurer une réserve d'énergie suffisante pour que les séquences de mouvements et les actions de l’ancre s’exécutent toujours parfaitement», souligne Gäumann.
—Pour entraîner le tourbillon et le mécanisme à force constante, nous avons équipé les calibres 94800 et 94900 de deux barillets. Ensemble, ils fournissent l'énergie nécessaire pour alimenter le mécanisme pendant environ 48 heures
UNE PRÉCISION EXTRÊME IMPLIQUANT UNE NOUVELLE TECHNOLOGIE DE FABRICATION
Le fait que le mécanisme à force constante soit positionné entre la roue d'échappement et la quatrième roue, juste en face du balancier, et influe directement sur les oscillations de ce dernier, a encore ajouté à la difficulté. Les tolérances permises étaient en effet extrêmement faibles, parfois d’un millième de millimètre seulement. La fabrication de l’ancre à force constante et de la came associe le procédé LIGA à l’exposition à des rayons X. «Cette version du procédé LIGA utilise des rayons X et nous permet de produire des microstructures extrêmement homogènes avec un degré de précision que les technologies de fabrication conventionnelles n’approchent même pas», poursuit Gäumann. Autre élément déterminant, le choix des matériaux: la came est en or massif et le levier à force constante en nickel-phosphore. L’or présente l’avantage d'être auto-lubrifiant, ce qui le rend très intéressant pour les pièces soumises aux frottements et qui ont donc tendance à s’assécher.
Seuls trois spécialistes qualifiés et expérimentés d'iwc sont capables d'assembler seuls un tourbillon à force constante.
UN ASSEMBLAGE CONFIÉ À QUELQUES RARES TALENTS
L’assemblage d’un tourbillon à force constante est une épreuve de patience même pour les horlogers les plus aguerris. Il faut deux semaines complètes pour assembler les 104 pièces de ce mécanisme de seulement 0,7 gramme. Chez IWC, seuls trois spécialistes hautement qualifiés sont à la hauteur de la tâche. Pour Gäumann, le tourbillon à force constante est à la fois un argument de vente unique et une preuve de la volonté de la marque de Schaffhausen de tutoyer les sommets de l’ingénierie et de l’innovation. «Avoir su relever un défi auquel était confrontée l’horlogerie depuis des siècles en apportant une solution à la fois fonctionnelle et techniquement élégante nous emplit de fierté»,conclut-il.
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