Principes

Techniques anciennes

Jusqu'au XIIIème siècle, les seuls instruments dont disposait l'homme pour mesurer le temps, mis à part l'observation directe du soleil ou du firmament, fonctionnaient sur la base d'une substance liquide (sable, huile ou eau) dont l'écoulement était mis en relation avec l'écoulement du temps. Ainsi dans l'horloge à eau ou clepsydre, l'eau s'écoulait lentement dans un récipient sur lequel on pouvait déterminer l'heure en fonction du niveau qu'elle y avait atteint. Malgré un très haut degré de sophistication, ces garde-temps souffraient d'un défaut chronique de précision.

Un grand progrès est intervenu lorsqu'on a réalisé que le temps pouvait être divisé en minuscules intervalles mesurables au lieu d'être considéré comme un flux. C'est le grand principe qui est à l'origine de la montre. Les premières montres mécaniques ont fait leur apparition en Italie vers 1300, mais il a fallu encore 300 ans pour qu'elles surpassent la précision des anciens instruments.

L'oscillation

Toutes les montres modernes - du garde-temps mécanique jusqu'à l'horloge atomique - sont basées sur le principe de l'oscillation. L'oscillateur est une pièce qui effectue un mouvement répétitif et régulier de va-et-vient entre deux positions extrêmes. Parce qu'elle est toujours régulière, l'oscillation permet de diviser le temps en segments égaux, qui peuvent être additionnés et servent donc de mesure de base à l'écoulement du temps.

L'exemple le plus simple est le balancier d'une pendule, qui est conçu par l'horloger de telle manière que son balancement corresponde à une durée précise et connue (en général la plupart de pendules effectuent leur balancement une fois par seconde).

Les montres mécaniques

Le gros inconvénient de la pendule est qu'elle ne peut pas être transportée et que son balancement est soumis à la force de gravité.

Dans une montre mécanique au contraire, la force motrice initiale est produite par un ressort qu'on enroule sur lui-même en remontant la montre. En se déroulant, le ressort transmet sa force au balancier. Grâce à un mécanisme appelé "échappement", la force continue du ressort est transformée en mouvement à impulsions régulières qui produisent l'oscillation du balancier.

Pour fonctionner correctement, le ressort de la montre mécanique doit être régulièrement remonté.

Un autre dispositif mécanique appelé "tourbillon" permet d'annuler les perturbations de la gravité terrestre sur les montres. Il consiste à faire tourner le balancier et l'échappement sur eux-mêmes au rythme d'un tour par minute donné sa complexité, le tourbillon n'équipe que très peu de montres mécaniques. Il a été inventé par Abraham-Louis Breguet en 1798.

Les montres à quartz

Dans une montre électronique, l'oscillateur est un cristal de quartz, dont la propriété physique est de vibrer lorsqu'il est placé dans un champ électrique. La très haute fréquence des vibrations donne à la montre à quartz une très grande précision (variation inférieure à une minute par année).

Bien que les propriétés du quartz soient connues depuis la fin du XIXème siècle, ce n'est qu'à partir des années 60 qu'il a été possible de mettre au point des circuits électriques suffisamment petits pour être intégrés dans le boîtier d'une montre.

Alors que la source d'énergie de la montre mécanique est le ressort, c'est une pile miniature qui fournit le courant électrique indispensable au fonctionnement de la montre à quartz.

Les montres atomiques

Les montres atomiques utilisent l'oscillation des atomes de césium 133. L'avantage de l'oscillation atomique est qu'elle est extrêmement rapide et extrêmement stable. Au contraire des cristaux de quartz, les atomes de césium ne sont pas affectés par des influences extérieures telles que les changements de température. C'est ce qui procure aux horloges atomiques leur précision inégalée par d'autres systèmes.

Cardran solaire, un grand classique.

Mécanisme de l'horloge du château de Chillon, canton de Vaud. Il s'agit d'une copie du mouvement original de 1543.

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