4.02 – Modes de propulsion

Dernière révision : 2022-08-09 @ 06:07

4.02 – Modes de propulsion

Si aujourd’hui la plupart des horloges fonctionnent à batterie, et possèdent un quartz pour réguler le temps, c’est dans l’histoire de l’horlogerie un phénomène récent (c. 1970). Dans ce qui suit, nous donnerons d’abord un bref aperçu des modes de propulsion suivants : 1. Anciens ; 2. Mécaniques ; 3. Électriques ; 4. Hydrogène ; 5. Atome.

4.02.1 – Modes de propulsion anciens

Les éléments de la nature (soleil, eau, feu, terre, etc.) fourniront aux anciens les modes de propulsion nécessaires pour tenir le temps. Dans ce qui suit, on verra neuf modes de propulsion anciens :

4.02.2 – Modes de propulsion mécaniques

Les horloges à poids et les horloges à ressorts sont les deux grands types d’horloges à propulsion mécanique :

4.02.3 – Modes de propulsion électriques

Les horloges branchées sur le courant alternatif et les horloges à batteries sont les deux grands types d’horloges à propulsion électrique :

4.02.4 – Mode de propulsion thermo-pneumatique

4.02.5 – Mode de propulsion atomique (Caesium)

Sous-section suivante : 4.03 – Durée de fonctionnement

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Le cadran solaire utilise la lumière du soleil pour donner une idée de l’heure qu’il fait à un certain moment de la journée et, dans le cas ci-contre, de la date. Il est constitué d’un cadran avec des points de repères de l’heure, et d’un indicateur en hauteur, appelé « gnomon  » qui projette son ombre sur le cadran.  Illustré, un cadran solaire plat que j’ai photographié au Sea World de San Diego en Californie. Notez que l’horloge solaire est généralement une horloge extérieure, publique ou privée, selon sa taille et sa localisation.

( Images : Tous droits réservés, Bordloub )

Le Clepsydre (horloge à eau en grec), nom d’une source à Messène en Grèce, n’est pas à proprement parler une horloge, mais plutôt une sorte de chronographe. On remplissait d’eau un vase pour indiquer le temps que devait durer un événement, par exemple le discours d’un orateur de place publique à Athènes. Le vase se vidait par un petit orifice au bas du vase. Lorsque le vase était complétement vide, le temps de parole était terminé. Le plus ancien clepsydre date de 1400 av. J.-C. en Égypte. Pour plus de détails, cliquez sur : Wikipedia. Illustré, un clepsydre du 5e s. av. J.-C. du Musée de l’Agora antique d’Athènes : le clepsydre du haut est d’origine, mais celui du bas est une reproduction de l’original en terre cuite.

Il existe aussi une horloge à eau, à la mode en France au XVIIe et XVIIIe siècle, appelée le Clepsydre à tambour qui était une horloge hydraulique qui pouvait non seulement donner l’heure mais également servir de réveil. Wikipedia possède un article très développé sur ce clepsydre particulier.

( Image de Marsas autorisée en vertu du Common Creative CC BY-SA 2.5 )

Le principe du sablier est le même que celui du clepsydre, mais cette fois, c’est du sable qui s’écoule dans deux vases superposés à ouverture très étroite à l’un des bouts. C’était plus un outil pour mesurer le temps écoulé qu’une horloge. Pour plus de détails, cliquez sur : Wikipedia

( Image : Tous droits réservés, Bordloub )

Le soleil permettait de donner l’heure de la journée. C’était une horloge au sens strict du terme. L’eau, le sable ne donnait pas l’heure du jour mais permettait de mesurer le temps qui passe plutôt à la façon d’un chronomètre que d’une horloge. Le feu a aussi été utilisé de la même façon, avec des sources de feu différentes. Dans le monde occidental, c’est en Angleterre, au IXe s. qu’on a commencé à graduer des chandelles pour mesurer le temps. En Orient, les Chinois et les Japonais utilisaient bien avant les Anglais, des dispositifs utilisant le feu pour mesurer le temps qui passe ou la durée d’un événement quelconque.

Sur le même principe que l’horloge à l’huile, l’horloge chandelle donnait une appréciation du temps, selon la longueur qui lui restait à brûler, telle qu’indiquée par des marques inscrites sur le chandelier qui la portait. Pour plus de détails, cliquez sur : Wikipedia

( Image de Benutzer:Flyout autorisée en vertu du Creative Commons CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons )

Sur le même principe que le clepsydre ou le sablier, cette fois c’est une lampe à l’huile qui mesure le temps. Son contenant est rempli d’huile, généralement de l’huile de baleine. Au fur et à mesure que la lampe brûle l’huile, le temps d’une activité est mesuré. Pour plus de détails, cliquez sur : Wikipedia

( Image de Wolfgang Sauber autorisée en vertu du Common Creative CC BY-NC-SA 3.0 )

D’origine chinoise, Dynastie des Song (960-1279), l’horloge à encens utilisait de la poudre ou des bâtons d’encens (ci-contre une reproduction) spécialement calibrés pour mesurer le temps. Elle pouvait même posséder une cloche ou un gong. Pour plus de détails, cliquez sur: Wikipedia

( Image autorisée en vertu du Creative Commons CC0 1.0 Domaine public, via Wikimedia Commons )

Une horloge qui fonctionne par son propre poids est dite « Horloge à gravité ». Ce type est apparu au 17e siècle. On trouve des horloges à gravité qui semblent glisser sur un plan incliné, car le mouvement est installé dans un cylindre rond à l’intérieur duquel un poids tente de la maintenir de niveau, mais elle descend d’elle-même.Un autre type d’horloges à gravité descend sur un plan vertical attaché à un mur. On place manuellement celle-ci dans le haut, et elle glisse d’elle-même vers le bas. On l’appelle aussi celle-ci « Horloge à crémaillère (Rack Clock)  ». Illustrée une horloge à gravité française du 19e s. en bois et laiton de la Cooper Hewitt Collection du Smithsonian Design Museum.

(Image autorisée en vertu du Creative Commons CC0 1.0 Domaine public)

L’horloge à vapeur aurait été créé par un Anglais, John Inshaw (1807-1893), mécanicien et inventeur dans le domaine des transports et des chemins de fer. Il possédait à Birmingham une taverne, la Steam Clock Tavern où il faisait la démonstration de ses inventions. Mais, un Canadien, Raymond Saunders a fabriqué plus de 150 horloges servant d’attractions touristiques à travers le monde. Il a, entre autres, fabriqué une horloge à vapeur (illustrée) dans Gastown à Vancouver, qui serait la première, à part celle de Inshaw, à voir le jour. Voir pour plus de détails, cliquez ici.

( Image de Leonard G. autorisée en vertu du Creative Commons CC0 1.0 Domaine public )

Cornelius Drebbel vers 1610 a conçu le  dispositif suivant : dans un tube scellé, la pression atmosphérique fait varier le volume du liquide qui s’y trouve induisant ainsi un mouvement perpétuel. Plus tard, James Cox, en 1760, en collaboration avec John Joseph Merlin, un spécialiste des automates, conçoit une horloge actionnée par la pression atmosphérique à l’aide d’un baromètre au mercure, ce qui fait que l’horloge n’avait pas vraiment besoin d’être remontée. Cette horloge (illustrée) est exposée au Victoria and Albert Museum à Londres. En 1864, Arthur Beverly conçoit une horloge mue non seulement par les changements de pression barométrique mais aussi par les changements de température. Cette horloge est exposée au Department of Physics de la University of Otago, Dunedin, New Zealand. En 1913, J. E. Reutter de Neuchâtel en Suisse croit qu’on peut construire une horloge qui est mue par l’expansion de gaz et liquides. Cela a donné naissance à la première horloge Atmos commercialisée en 1926. On peut dire que toutes ces horloges sont les ancêtres de la fameuse horloge Atmos de Le Coultre. 

( Image © Victoria and Albert Museum, London reproduite en vertu de la politique du Musée pour publication sur site web non-commercial )

Pasquale Andervalt a dessiné en Italie vers les années 1835, une horloge à hydrogène. Une réplique est exposée au Clockmaker’s Company Museum à Londres, en Angleterre.  Elle comprend deux parties : (1) posé sur une base ronde en laiton, un cylindre rouge en verre rempli d’une solution d’acide sulfurique, sur lequel le mouvement et son cadran de type squelette sont montés, et (2) un serpentin en laiton qui contient des boules de zinc. Le mouvement est à échappement à chevilles et possède un pendule orné doré qui bat devant le cylindre et deux poids, un petit et un gros. Ce dernier sert à remonter l’horloge et le plus petit à maintenir l’horloge en mouvement. Lorsque le gros poids est à son niveau le plus bas, il permet de libérer les boules de zinc qui tombent dans le réservoir, générant ainsi du gaz dont la pression permet de remonter le mouvement. Lorsque le processus est terminé, la pression est relâchée, et un nouveau remontage commence. Le tout se fait très lentement. Pour en savoir plus, cliquez sur douglas_self.com d’où provient l’image.

( Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives » )

Dans un article parue dans la revue française La Nature, publiée en page 80 du numéro du 1er semestre 1875, sous le titre « Un nouveau moteur« , on apprend qu’un physicien italien, Henri Bernardi, a fait fonctionner une horloge avec un moteur mu à l’éther. L’article en fait la description.

( Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives » )

Une horloge à poids tire son pouvoir de poids, généralement en fonte ou en acier, qui peuvent être de différentes formes, enveloppés ou non dans des silos en laiton ou en métal quelconque, suspendus à des cordes ou à des chaînes, et qui descendent lentement au fur et à mesure que le temps s’écoule. Ci-contre, les poids en fonte brute d’une horloge Comtoise. Le poids de gauche propulse le temps et l’autre propulse la sonnerie. Dans les Comtoises, une manivelle permet de remonter les poids après une semaine. Chacune des cordes est alors enroulée sur un moyeu. 

( Image CP : Tous droits réservés, Bordloub )

Selon Wikipedia, l’horloge à ressort remonte au XVe s. La plus vieille horloge à ressort connue serait celle de Philippe Le bon, Duc de Bourgogne (1430). Elle se trouve au Germanisches National Museum de Nuremberg en Allemagne. Le ressort venait remplacer l’ensemble poids-cordes des premières horloges mécaniques. Les ressorts des horloges mécaniques anciennes étaient faits généralement d’acier trempé, alors que celui des montres était fait d’acier inoxydable ou d’alliages non magnétiques sophistiqués qui sont apparus vers 1947. Le ressort est une bande de métal enroulé autour d’un moyeu placé entre les deux platines du mouvement. Son utilisation a permis de créer la montre et autre horloges portables. Le déroulement du ressort fournit le pouvoir à l’horloge et agit comme un moteur. Le ressort est soit ouvert soit placé dans un barillet. Il peut prendre aussi différentes formes, celle du ressort d’un wagon par exemple. Il peut aussi être assorti d’un mécanisme particulier destiné à assurer la précision de l’horloge, comme la fusée.

Notez que les ressorts à l’air libre sont dits « à bout en boucle » (Loop-end)  pour indiquer leur mode d’attache sur les arbres autour duquel le ressort est enroulé entre les platines du mouvement. Illustré un mouvement Arthur Pequegnat à deux ressorts, l’un sert pour le temps, l’autre pour la sonnerie. En Amérique, on appelle généralement les ressorts d’horloge « Mainsprings » ou ressorts principaux.

( Image ID165mvt : Tous droits réservés, Bordloub )

Dans ce cas-ci, les ressorts sont emmagasinés dans un barillet. Illustré, un mouvement Seth Thomas des années 1910, très robuste, qui servait dans des applications horlogères surtout commerciales. Notez les deux gros barillets qui contiennent les ressorts. Dans ce cas-ci, le deuxième ressort ne sert pas au train de sonnerie, mais plutôt de ressort de secours si le premier vient à manquer ou pour doubler la durée de fonctionnement de l’horloge. Ce mouvement était installé dans une minuterie qui servait à contrôler l’ouverture d’une voûte dans une banque.

( Image ID069mvt : Tous droits réservés, Bordloub )

On doit les horloges dites « Wagon spring » à Joseph Ives (1782-1862) qui les a conçues dans les années 1820. C’était un arrangement de lames de fer attachées au centre par un boulon, la flexibilité des extrémités agissant comme ressort, comme sur les voitures tirées par des chevaux. Leur utilisation a débuté en 1825, mais ça n’a pas fait long feu avec l’arrivée du ressort hélicoïdal moins coûteux et plus simple à fabriquer, d’autant plus que Ives contrôlait minutieusement la quantité à fabriquer par les autres horlogers que lui. Cela n’a certes pas favorisé sa diffusion.

(Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives« )

Généralement le diamètre du moyeu sur lequel les cordes sont enroulées dans une horloge à poids habituelle, est le même sur toute la surface de celui-ci. Mais il existe une autre sorte de moyeu rainuré dont le diamètre varie du plus grand au plus petit, on l’appelle en anglais « Fusee », en français « Fusée ». Ce système permet d’équilibrer la force du déroulement de la corde. Cette invention est attribuée à Jacob Zech de Prague en 1525. Leonardo da Vinci en avait fait des dessins auparavant. La fusée s’applique aussi dans les mouvements à ressort comme celui représenté qui provient d’une horloge anglaise Gadsby de London, Angleterre de ma collection. Le très large ressort est enfermé dans un barillet. Un fil d’acier relie le barillet et la fusée. Lorsque l’horloge est remontée, le fil s’enroule autour de la fusée, puis mise en marche, il se déroule à partir de la partie la plus étroite de la fusée, et s’enroule autour du barillet jusqu’à épuisement du ressort. On retrouve aussi la fusée dans des montres. Le but de la fusée est d’obtenir une précision plus grande que le ressort traditionnel.

( Image ID268mvt : Tous droits réservés, Bordloub )

Les premières expériences d’horloges électriques ont eu lieu dans les années 1840. La première horloge électrique a été conçue par un horloger anglais d’Edinburgh, Alexander Bain. Les premières horloges électriques commercialisées sont apparues sur le marché en 1906, les Eureka comme celle illustrée qui date de 1910, de la collection des Musées Victoria, de Melbourne, Australie.

C’est en 1918 que l’Américain H. C. Warren a appliqué aux horloges le moteur synchrone à courant alternatif. Dans cette première partie, nous allons passer en revue quelques horloges électriques branchées sur le courant alternatif. Dans une seconde partie, nous examinerons certaines horloges électriques à batterie. 

( Image autorisée en vertu du Creative  Commons CC BY-NC-SA 4.0 International )

 

 

 

 

 

 

 

 

L’horloge dite synchrone a été mise au point aux États-Unis par Henry E. Warren qui en a obtenu le brevet en 1918. L’idée est de synchroniser le moteur de l’horloge avec la fréquence (50 ou 60 Hz) du courant alternatif (AC/DC) généré par une centrale, et d’actionner les aiguilles avec un minimum d’engrenages, et un maximum de précision. Ce type d’horloges a été produit en grande quantité par de gros fabricants comme Telechron, General Electric, United, etc. Elles sont faciles à trouver chez les brocanteurs et magasins spécialisés dans le vintage, et sur le web. Illustré, le réveil-matin Bachelor électrique de Westclox de 1936. Notez le petit point rouge sous le chiffre 12. Il sert à indiquer que l’horloge a été en panne de courant ou qu’elle est débranchée. En la rebranchant ou en la remettant à l’heure, le point redevient blanc. Le brevet appartient à Telechron qui en a vendu des licences, entre  autres à General Electric et à Westclox.

( Images ID186 et ID186mvt : Tous droits réservés, Bordloub )

L’horloge à propulsion photo-électrique a été inventée dans les années 1950 par le fameux horloger suisse Patek Philippe de Genève. Le principe est le suivant : l’horloge est à échappement à levier propulsé par un ressort relié par différents engrenages à un petit moteur propulsé par une cellule photo-électrique, donc par la lumière. Pour plus de détails, cliquez sur: Timezone.

( Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives » )

« Un pulsar est un objet astronomique produisant un signal périodique allant de l’ordre de la milliseconde à quelques dizaines de secondes. (…) Les pulsars ont été découverts en 1967 par Jocelyn Bell et Anthony Hewish à Cambridge, Angleterre. » (Wikipedia). L’horloge Pulsar s’appuie sur le décompte des ondes radio émises par les pulsars captées par radiotélescope. Elle tire son pouvoir de l’électricité. La première horloge Pulsar au monde a été installée à Gdansk en Pologne (illustrée).

( Image de Artur Andrzej autorisée en vertu du Common Creative CC0 1.0 Domaine Public )

L’horloge à projection contient un dispositif qui permet de projeter l’heure sur une surface éloignée, comme le plafond ou le mur d’une chambre, par exemple. Elle peut comprendre une alarme également. Cet affichage peut être aussi bien analogique que numérique, en noir et blanc ou en couleur. C’est aussi un bon moyen pour afficher en même temps que l’heure une publicité. Ci-contre un exemple contemporain en vente sur Amazon. Ce type d’horloge se branche sur le courant alternatif. Certaines possèdent une batterie de secours en cas de panne de courant.

(Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives« )

Les horloges précédentes nécessitaient toutes d’être branchées sur le courant domestique alternatif. On pourrait croire que la batterie est une invention moderne, mais elle date de la fin du XIXe siècle. Les premières horloges à batterie étaient des horloges mécaniques à remontage automatique. Par la suite, les batteries étant devenues plus petites, on a pu les insérer dans des boîtiers d’horloges de bureau ou de chevet. Puis avec l’invention du quartz en 1927, et sa commercialisation beaucoup plus tard dans de multiples types d’horloges et de montres, les horloges à batteries sont devenues la norme.

Il s’agit d’une horloge qu’on n’a pas besoin de remonter car un petit moteur à batteries s’en charge ou un électro-aimant alimenté par des batteries comme dans ce mouvement de la Self-winding Clock Co. Les deux cylindres noirs en haut à droite du mouvement, et au milieu en bas sont les batteries.

(Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives« )

André-Marie Ampère invente dans les années 1820 l’électro-aimant ou solénoïde. La première horloge électromagnétique a été produite par Alexander Bain (1810-1877) en 1842. Le pendule ou le balancier de l’horloge est activé par un solénoïde. Celui-ci produit un champ magnétique. Dans les horloges du milieu du 20e s., l’électricité est produite par une batterie placée sous le boîtier comme sur cette Kundo Electronic des années 1960 (vue de dos), produite par Keininger & Obergfell. Attention, plusieurs de ces horloges sur le marché, comme celle-ci, ont des problèmes, en particulier au niveau du petit boîtier contenant la batterie AA dont les connecteurs sont souvent corrodés. Il faut alors le remplacer par un petit boîtier noir fait en Chine, car il n’y a plus de pièces pour ces horloges sur le marché, sauf peut-être le ressort à lamelles de l’échappement.

( Image ID239b : Tous droits réservés, Bordloub )

Un diapason calibré compte les oscillations à une fréquence spécifique pour tenir le temps. On trouve ce mécanisme dans des horloges à batterie avant l’arrivée massive des horloges au quartz sur le marché dans les années 1980. Bulova a lancé en 1960 montres et horloges électroniques à diapason sous le nom Accutron (illustrée). 

( Image de kitchener.lord autorisée en vertu du Creative Commons CC BY-NC-ND 2.0 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Voici deux exemples de mouvement à batteries qui n’utilise pas le quartz. Photo de gauche, le mouvement à batterie de la «Bracket Clock» Seth Thomas Exeter II de 1979. Ce mouvement a la particularité d’actionner un balancier flottant et deux petits marteaux qui frappent sur des tiges harmoniques en cuivre pour sonner les demi-heures et les heures. Dans la photo de droite, un mécanisme à batteries à haut-parleur d’où sortent les notes du carillon Westminster, installé dans un boîtier en bois de marque inconnue qui possédait un mouvement à trois ressorts à carillon. On peut penser que le mouvement original était défectueux et que l’horloger, en raison du coût de la réparation, a proposé de le remplacer par un mouvement à batterie beaucoup moins dispendieux.

( Images ID065mvt et ID182mvt : Tous droits réservés, Bordloub )

L’horloge radio-contrôlée est périodiquement synchronisée avec l’horloge atomique UTC via les ondes radio produites par des stations à travers la planète. Ne pas confondre avec une horloge-radio. Ici, une horloge thermomètre-baromètre radio-contrôlée de marque La Crosse des années 2010, que j’utilise tous les jours. Non seulement l’heure mais également la prévision météo (notez le soleil qui sort des nuages au milieu de l’affichage) sont radio-contrôlées.

( Image ID000 : Tous droits réservés, Bordloub )

C’est à Warren Morrison, un Canadien, et à l’Américain J. W. Horton, des Bell Telephone Laboratories du New Jersey que l’on doit la première horloge au quartz en 1927. Le quartz oscille à une fréquence précise lorsqu’il est stimulé par un courant électrique, dans ce cas-ci en provenance d’une batterie. L’avantage du quartz est sa précision, une seconde de retard en six ans. Les premières horloges et montres au quartz sont apparues sur le marché au début des années 1970. On remarquera ci-dessous, une Danburry au quartz, fabriqué à Taïwan (1970), alimentée par une petite pile plate. Le mouvement est semblable à celui que l’on trouve dans les montres au quartz, mais en plus gros.

( Image ID051 : Tous droits réservés, Bordloub )

En 1940, la compagnie allemande Jauch und Smid met en marché une horloge, la Puja dont le boîtier de table ressemble à tous les autres de l’époque, mais à l’intérieur se trouve un mouvement qui possède un dispositif de remontage perpétuel thermo-pneumatique. Je me permets ici de traduire le paragraphe d’un site qui en explique le fonctionnement : sur la face arrière du mouvement, « en bas à gauche, protégé par un boîtier translucide, se trouve une résistance en carbone qui chauffe l’alcool coloré dans le récipient en verre juste au-dessus. Cela provoque la vaporisation d’une partie de l’alcool, la pression poussant le liquide jusqu’à la pipe de raccordement au vase en haut à droite. Au fur et à mesure que ce dernier s’alourdit, la roue portant les quatre vases produit un couple qui rembobine un ressort de remontage qui actionne  un train d’engrenages conventionnels et un échappement. Cette horloge a un pendule actionné par un échappement à ancre, mais des modèles à échappement français sur plate-forme ont également existé. » (Réf. : « The Watchismo Times » pour illustrations et détails).

( Image reproduite sous « Utilisation équitable à des fins éducatives » )

Les premières expériences avec l’atome ont été réalisées en 1949 au National  Institute of Standards and Technology des États-Unis, à partir d’une molécule d’ammoniaque. Bien que la précision était plus grande que celle du quartz, l’arrivée de l’horloge au caesium a fait cesser les expériences avec l’ammoniaque. L’horloge atomique au caesium a été inventée en 1955 par deux Anglais, le Dr L. Essen et J.V.L. Parry du National Physical Laboratory de Teddington en Angleterre. Elle avait une précision de 1 seconde en trente ans, soit 1 partie sur 1 milliard. Les modèles subséquents ont une précision de 1 sur mille milliards, et même plus, si bien que c’est ce qui est utilisé pour définir la seconde depuis 1967. Pour voir une image et plus de détails, cliquez Wikipedia. Illustrée la console d’une ancienne horloge atomique utilisée par l’Observatoire de Greenwich.

( Image de Karl Baron autorisée en vertu du Creative Commons CC BY 2.0 )

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