Histoire de la mesure du temps

 

 

Les temps anciens

Les cadrans solaires

Les clepsydres

Les sablier - Les bougies - Les lampes à huile

La science du temps

Les horloges

Les différentes divisions du temps

La marine et l'horlogerie

Les premières montres

Les horloges électriques

Les montres et horloges à quartz - Les horloges atomiques

 

 

 

 

 

Les temps anciens    Retour à la sélection

    Plusieurs milliers d'années avant notre ère, l'homme avait compris le rythme des années, des saisons, de la lune, l'alternance des jours et des nuits. Partout, il attribuait aux Dieux cette régularité cyclique. C'est peut-être pour essayer de s'affranchir de leur toute-puissance qu'il a essayé de domestiquer le temps en le dominant.

 

    Les premières positions de constructions architecturales, un dolmen ou un menhir (dolmens de Locmariaquer (France, vers 2000 av. J.-C.) ; alignements de Stonehenge (G.-B., vers 1400 av. J.-C.), Carnac (France, 2000-1400 av. J.-C.)), un obélisque en Égypte, reposent sur des considérations diverses : tombes, marques de lieux religieux, repères pour voyageurs, repères astronomiques... Dans ce dernier cas, l'ombre du soleil ou de la lune tombe à un instant donné sur un lieu précis en lien étroit avec la religion.

    Chez les Mayas et les Aztèques, à la même époque, les prêtres sont aussi astronomes. On a trouvé, conservés dans la pierre, des calendriers soigneusement enrichis de dessins de divinités, bien plus précis qu'en Europe.

 

    Le gnomon, simple bâton planté verticalement dans le sol, permet facilement, en n'importe quel endroit, d'observer le mouvement de l'ombre du soleil ou de la lune. C'est l'ancêtre du cadran solaire. On le trouve partout : Amérique, Afrique, Bornéo... Mais son utilisation permet surtout d'effectuer des mesures astronomiques.

 

    La notion d'heure date de la plus haute Antiquité, les Grecs l'ayant héritée des Égyptiens qui la tenaient eux-mêmes des Sumériens. La division du nycthémère en 24 heures serait en effet liée au système sexagésimal babylonien, fondé sur le symbolisme du cercle.

 

    Les Romains se contentaient eux de délimiter les jours en "plages" de temps, divisant la nuit an 4 veilles et la journée en 2 parties : antemeridiem et postmeridiem. Selon le théorème énoncé par Ernst Jünger, pour bien comprendre le fonctionnement du cadran solaire, il faut prendre "la Terre comme cadran et l'ombre pour aiguille, une aiguille qui ne fait pas que tourner, mais s'allonge et rétrécit". 

 

 

 

 

Les cadrans solaires    Retour à la sélection

 

    L'ancêtre du cadran solaire est le gnomon : l'étude de sa technique, de ses significations et de son art constitue la gnomonique. Les Anciens attribuaient son invention à Anaximandre de Milet, vers l'an 600 avant J.C. Aujourd'hui, on sait que cette invention est beaucoup plus ancienne.

 

    Au IIIe siècle av. J.C., l'astronome Bérose imagina un cadran de forme hémisphérique parcouru par l'ombre d'un gnomon, censé reproduire le déplacement du soleil dans le ciel. C'est une version simplifiée de ce cadran babylonien et connu sous le nom de "scaphé" que les Grecs transmirent aux Romains. Il s'agissait d'un quart de sphère creusé dans un bloc de pierre, surmonté d'un style horizontal et sillonné, de courbes faisant songer à une toile d'araignée. Le plus souvent, ces scaphés étaient divisés par 3 lignes horizontales, indiquant les diverses périodes de l'année comme équinoxes et solstices, et par 11 lignes verticales, créant ainsi 12 parties, chacune correspondant à 1 mois.

 

    L' utilisation des cadrans solaires a duré plusieurs siècles. Les premiers cadrans n'ont pas encore les graduations des heures, et même au Moyen-Age, on trouve sur les chantiers un cadran solaire à 4 traits, n'indiquant que les moments du début et de la fin du travail des ouvriers, et ceux de la pause. On tient compte de la durée du jour pour réaliser 12 graduations, et les heures n'ont pas la même durée en été et en hiver. Ce n'est qu'au XVIème siècle que l'heure est définie comme la 24ème partie du temps séparant deux passages du soleil au zénith.


    On en trouve pratiquement sur toutes les églises, avec un cadran vertical : les clercs sont les artisans de leur large diffusion. Les Croisés, au XIVème siècle, ont rapporté des cadrans solaires au style incliné, augmentant sa précision. Les spécialistes sont appelés cadraniers, ils parcourent le pays pour satisfaire la forte demande. Et même après l'invention de l'horloge, coexisteront sur la façade des cathédrales les cadrans solaires et les cadrans des horloges.

 

    Le cadran solaire a son histoire liée à celle de l'horloge à eau - la clepsydre - et à celle du sablier. Leurs utilisations sont complémentaires.

 

 

 

 

Les clepsydres    Retour à la sélection

 

    Mais à côté des cadrans solaires, des dispositifs ont été imaginés pour mesurer l'écoulement du temps. Le plus connu est la clepsydre (textuellement en grec : voleur d'eau). Elle était, à l'origine, conçue pour matérialiser des durées relativement brèves. La plus ancienne jamais retrouvée est la clepsydre de Karnak, fabriquée pour Aménophis III, vers 1400 av. J.C. Il s'agit  d'un simple vase d'albâtre, aux parois évasées, dont le fond est muni d'une ouverture destinée à laisser passer l'eau et dont le pourtour est gravé de hiéroglyphes représentant diverses divinités. A l'intérieur, 12 traits verticaux indiquent les 12 mois de l'année et des traits horizontaux marquent des durées égales d'écoulement.

 

    Mais il existait aussi les clepsydres à flotteur qui s'élevait avec le niveau de l'eau et entraînait une tige surmontée d'une figurine indiquant l'heure  sur une colonne graduée. Par la suite, ont été ajoutés sur ces clepsydres une roue à aubes, ainsi qu'une série d'engrenages plus ou moins complexes rendant ainsi une meilleure précision. La colonne graduée était parfois remplacée par un cadran  effectuant une rotation  complète en un an et étant pourvue d'une échelle d'heures temporaires. La Tour des Vents, "l'une des plus célèbres et des plus complexes horloges astronomiques à eau", selon Jacques Attali, aurait ainsi été pourvue d'un tel mécanisme en sus de ses cadrans solaires.

 

    Les plus évoluées de ces clepsydres ont été développées par les Arabes. En témoigne la clepsydre à automates offerte par l'ambassade du Calife Haroun el Rachid à Charlemagne en 807. Mais leur complexité servait plutôt à ces aspects décoratifs comme les automates qu'à la précision. Mais les clepsydres ont aussi rencontré un accueil favorable de l'Occident chrétien, où il a servi notamment durant le Moyen Age à indiquer le moment de sonner les cloches pour appeler les moines à la prière. Au XVIIIe siècle, on y fabriquait encore des clepsydres à tambour compartimenté à la manière d'une roue à aubes et où l'heure était donnée par l'axe d'un tambour dont la descente s'effectuait en 24 heures.


    Si le cadran solaire donne l'heure pendant le jour, la clepsydre fait la même chose la nuit, et elle mesure en plus des durées plus brèves avec une bonne précision.


    Parmi les clepsydres des plus intéressantes, nous pouvons citer la gigantesque clepsydre réalisée en Chine par Su-Sung pour l'Empereur, vers 1090, de plus de 10 mètres de haut.

 

    Galilée, qui vers 1610 connaissait le pendule pesant, explique dans son ouvrage Discorsi traitant de la chute des corps (une boule en bronze roulant dans une rainure lisse et polie sur un plan incliné) : "Quant à la mesure du temps, nous la fîmes à l'aide d'un grand seau plein d'eau d'où sortait, par un fin tuyau soudé sur le fond, un mince filet d'eau reçu dans un petit verre durant tout le temps de la descente de la boule. Les quantités d'eau recueillies étaient pesées chaque fois sur une balance très exacte donnant par la différence et proportion de leurs poids la différence et proportion des temps."


    On sait aujourd'hui que ces expériences sont fausses, et la valeur qu'il trouve de l'accélération de la pesanteur le prouve (la moitié de la bonne valeur). On peut simplement signaler que les clepsydres romaines étaient un bien meilleur instrument, et que Galilée est considéré à juste titre comme le père de la mécanique classique.

 

 

 

 

 

Les sabliers - Les bougies - Les lampes à huile    Retour à la sélection

 

    Pour mesurer le temps, parallèlement au cadran solaire et à la clepsydre, qui péchaient par leur imprécision due aux paramètres dont dépend le débit de l'eau (température...), l'homme fait agir à plein son imagination. Si on ne voit pas beaucoup la clepsydre dans un pays où l'eau est rare, elle est remplacée sans problème par le sablier. Son inconvénient est qu'il faut souvent le retourner pour mesurer des intervalles de temps relativement longs, mais il indique avec une bonne précision la durée d'une tâche à accomplir. Il est aussi un bon complément des deux instruments déjà cités.

 

    C'est au XIVe siècle que sont apparus les sabliers. On les appelait "monticule d'instants perdus" (Ernst Jünger) ou "clepsydres d'hiver". Les avantages du sablier étaient déterminants : le sable s'égraine à toute température et tout climat mais en plus il est plus économique et aussi plus simple à fabriquer que la clepsydre. Le nom de "poudrier" lui était parfois consacré lorsqu'il était rempli de poussière de marbre noir longuement bouillie et soigneusement séchée.

 

    S'il était utilisé en cuisine ou dans les églises, c'est cependant dans la marine que son usage fut le plus répandu et le plus apprécié. Il était en effet le seul instrument  fiable permettant de calculer la vitesse d'un navire.

 

    Son histoire parcourt les siècles et il est encore utilisé alors que les horloges ont été inventées. Citons une anecdote relative à son utilisation : Christophe Colomb, en 1492, a besoin de connaître l'heure pour faire le point sur sa situation. En effet, si déterminer la latitude du navire est facile depuis longtemps à partir de la position du soleil à midi ou de l'étoile polaire la nuit, trouver la longitude nécessite de faire un calcul d'estime de la distance parcourue entre deux points. Christophe Colomb connaît les horloges... à poids, lourdes, encombrantes, et incapables de fonctionner sur un navire. Il a donc à bord un sablier qu'un matelot doit retourner dès que le dernier grain de sable est tombé. La durée d'une coulée est voisine de la demi-heure. Mais la position calculée reste bien loin de la réalité.

 

     Mais le principal défaut des sabliers était l'impossibilité de mesurer des temps longs.

 

    Ce problème n'existait pas avec les "horloges à feu" ou autrement appelées "horloges à combustion". En Chine, où cette technique existait depuis des temps immémoriaux, on avait pris l'habitude d'étalonner des bâtonnets d'encens de façons à y déposer, à intervalles réguliers, des fils de soie supportant à chaque extrémité de petites billes. La baguette prenait place sur un support représentant une jonque dont la figure de proue était un dragon et une fois allumée, se consumait et brisait un à un les fils qui laissaient tomber les billes dans un récipient métallique.

 

    En Europe, les "chandelles horaires", dont une tradition ancienne attribue la paternité au roi saxon Alfred le Grand (849-889), obéissaient au même principe. Il s'agissait de cierges à combustion étalonnée, parfois pourvus de petites boules de métal dont la chute, provoquée par la fonte de la cire, annonçait l'heure. Au cours du XVIe siècle, l'Italien Cardano améliora le système en substituant à la bougie une lampe à huile, munie d'un réservoir transparent et gradué où l'heure était indiquée par la baisse du niveau d'huile. Ce procédé est encore perpétué de nos jours, notamment avec les enchères à la bougie.

 

 

 

 

La science du temps    Retour à la sélection

 

    C'est au XIIIe siècle que l'on a remplacé le poids de l'eau par celui d'un solide, créant ainsi l'horloge mécanique, "machine capable d'entretenir durant plusieurs jours le mouvement d'un oscillateur, de compter et d'additionner ses périodes et d'indiquer l'heure" (Samuel Guye & Henri Michel). Les 2 innovations qui ont permis la construction de telles machines ont été l'échappement et l'oscillateur. Mais les premières horloges péchaient par leur imprécision pouvant atteindre jusqu'à une heure par jour.

 

    L'utilisation de telles horloges à totalement révolutionné la perception du temps. En effet, la périodicité des phénomènes célestes avait engendré une conception d'un temps cyclique, constamment renouvelé. L'introduction de l'horloge mécanique a au contraire rendu possible la conception d'un temps linéaire et continu, inéluctablement accumulé, perçu comme une suite d'instants clairement définis et mesurés. Ernst Jünger n'hésite pas à placer l'invention de l'horloge mécanique au-dessus de l'invention de l'imprimerie ou de la découverte de l'Amérique.

 

    Mais pour que l'homme accepte de se soumettre à ce temps artificiel, il a fallu non seulement rendre plus précis et objectifs ces étalons, mais aussi le défaire de sa relation avec les astres qui rythmaient auparavant sa vie. Ceci fut possible grâce à Copernic dont l'ouvrage "De revolutionibus orbium caelestium" (1543) déplaçait la Terre du centre de l'univers et détruisait à jamais l'image antique et médiévale selon laquelle la Terre se trouve au centre du monde.

 

    Galilée fut le premier à tirer les conséquences de la révolution copernicienne et à lui donner tout son sens : en se proposant de mesurer ce qui était mesurable et de rendre mesurable ce qui ne l'était pas encore, il jetait les bases d'une science instrumentale qui allait permettre à l'homme de "modéliser" la nature, de la rendre intelligible, et d'en devenir ainsi, non plus l'interprète ou le serviteur, mais le maître et le possesseur. C'est en 1583 qu'il formula sa théorie  de l'isochronisme des petites oscillations pendulaires. Le pendule possède ainsi un temps propre et oscille régulièrement : à longueur égale, la période d'oscillation d'un pendule est indépendante de son amplitude, à condition toutefois que celle-ci reste faible.

 

 

      On constate que la position d'équilibre du pendule, au repos, correspond à l'axe vertical OO' ; il suffit de lui donner une impulsion pour le voir effectuer un va-et-vient régulier entre les points A et B, qui constituent les positions extrêmes de sa trajectoire. On appelle "amplitude" de l'oscillation l'angle déterminé par la position d'équilibre et l'une des positions extrêmes. La "période" se définit quant à elle comme la durée d'un balancement : c'est le temps que met le pendule pour effectuer un aller et retour complet entre les points extrêmes. On a établi depuis qu'elle varie proportionnellement  à la racine carrée de sa longueur, selon la relation : T = 2 Õ Ö(L/G) où G représente l'accélération de la pesanteur, soit 9,81m/s2, et où L représente la longueur du balancier. En observant que les petites oscillations du pendule sont isochrones (constantes et régulières dans le temps), du moins tant que l'amplitude ne dépasse pas 10° et en l'absence des frottements de l'air, Galilée fournissait à l'horlogerie une norme de temps fiable, aisément reproductible, alors que le foliot n'avait lui pas de période propre. Les expériences du Père Riccioli devaient établir, au début du XVIIe siècle, que le pendule pouvait "battre la seconde" à chaque demi-oscillation, la période étant alors de 2 secondes. Les recherches de Robert Hooke sur les pendules longs conduisirent les horlogers anglais à lui donner une longueur de 99 cm. Ce n'est que plus tard, quand on eut définit un système d'unités de mesure universelle, qu'on attribua  le nom de "fréquence" au nombre d'oscillations effectuées chaque seconde par le pendule, l'unité de mesure de la fréquence étant le hertz. On obtient ainsi les relations suivantes : période = 1/fréquence et 1Hz = 1 oscillation par seconde.

 

    Encore fallait-il songer à utiliser la précision mathématique des oscillations pendulaires pour la mesure du temps et trouver un moyen mécanique d'entretenir le mouvement. S'il est aujourd'hui bien établi que Galilée s'y employa sur la fin de sa vie, il apparaît néanmoins que le mérite de la réalisation technique en revient à Huyghens, qui confia à l'horloger Salomon Coster, en 1657, la tâche de construire une horloge mécanique à balancier pendulaire dont il avait conçu les plans et où l'avance des rouages commandant les aiguilles des minutes et des heures était réglée, par l'intermédiaire de l'échappement, en fonction d'un mouvement périodique oscillant. Catherine Cardinal la décrit ainsi : "Guidé par une fourchette, son pendule est composé d'une simple tige métallique portant une lentille sphérique. Il est accroché, par un cordon, au point de rencontre de deux lames incurvées, destinées à corriger les variations de la période de ses oscillations." Huyghens finit par donner à celle-ci une forme de cycloïde : il avait en effet observé que, pour donner au pendule des oscillations parfaitement isochrones quelle que soit l'amplitude, il doit se mouvoir sur un arc cycloïdal et non circulaire. Il imagina d'autre part un poids-curseur, mobile le long de la tige, destiné à faciliter l'ajustement de la période du pendule.

    Cette horloge conçue par Huyghens fut le premier instrument scientifique résultant d'un raisonnement mathématique, conçu et fabriqué par l'homme. 18 ans plus tard, Huyghens porta à son actif la première montre à ressort-spiral, exécutée en 1675 par Isaac Thuret. L'organe régulateur était un balancier, petit volant métallique accouplé à un fin ressort d'acier enroulé en forme de spirale agissant sur lui comme la pesanteur sur un pendule. A l'usage, on s'est aperçu que l'isochronisme des oscillations n'était pas parfait et dépendait à la fois de l'équilibre du volant et e la forme du spiral. Mais en 1861, le savant Edouard Phillips détermina la forme à donner aux courbes terminales des spiraux. Dans le même temps, Bréguet imaginait le "tourbillon" tandis que Bonnicksen imaginait lui le "carrousel", deux systèmes d'échappement faisant un tour complet en une période de temps déterminée afin que la gravité n'influe pas sur la montre que que fut sa position.

 

 

 

 

Les horloges    Retour à la sélection

 

    L'ambiguïté du terme "horologium", qui désignait au Moyen Age toutes sortes de garde-temps, a permis à certains historiens de faire de l'horloge mécanique une création monastique et d'attribuer son invention au chanoine Gerbert d'Aurillac, plus connu en sa qualité de pape sous le nom de Sylvestre II. L'heure n'était au début que communiquée auditivement : peu de personnes auraient été capables de lire l'heure, compte tenu de l'analphabétisme ambiant. Pour s'en convaincre, il suffit de rappeler que le terme anglais pour désigner une horloge est "clock", dérivé du mot "cloche". Pour remplacer les carillonneurs plus ou moins consciencieux, on multiplia l'utilisation des "jacquemarts", statues mécaniques en bois ou en cuivre armées d'un marteau et chargées de frapper les heures. Faire sonner les cloches, c'est alors se rendre maître du temps. C'est ainsi que Charles V décrète en 1370 que toutes les cloches de Paris se règleront à l'avenir sur l'horloge du Palais Royal, reprenant ainsi aux échevins un pouvoir qu'ils avaient conquis sur l'Église.

 

    Les premiers à avoir le privilège de la connaissance de l'heure furent les prêtres, qui observaient le mouvement des astres qui fixaient le moment de la prière. Les terme "horlogerie" vient de "orare" (prier) et de "legere" (lire) ; au Moyen Age, un livre de prières s'appelait un livre d'heures.

 

    Les premières horloges, citées dans la règle de Saint Benoît, étaient des sortes de réveils, appelés Horologia nocturna, destinés au bon frère Jacques qui allait ensuite sonner les cloches. Elles apparaissent au XIIIème siècle, elles n'ont pas forcément un cadran, et ne possèdent qu'une aiguille, celle des heures. Le principe est simple : un poids accroché à une corde enroulée autour d'un axe horizontal entraîne une aiguille dans un mouvement de rotation. La difficulté est de régulariser le mouvement du poids dans un mouvement uniforme.

Pour cela, il est mis au point un mécanisme de régulation appelé "échappement", qui bloque la chute du poids un bref instant à des intervalles de temps réguliers. A la cathédrale de Strasbourg, l'échappement est réalisé par une pièce métallique appelée "foliot".


    La précision au début n'est pas énorme, jusqu'à une heure de décalage par jour, aussi ne faut-il pas être étonné de remarquer un cadran solaire situé au-dessus de cette horloge.

Mais les améliorations techniques apportent rapidement une bonne précision, et dans toute l'Europe de magnifiques horloges sont construites, associant souvent sur plusieurs cadrans l'heure, les signes du zodiaque, les saisons, les planètes, ou encore les dates des fêtes religieuses.

    Il est curieux de constater que l'horloge ne soit pas connue en Chine, et ce n'est qu'au XVIIème siècle qu'elle y fait son apparition, en provenance d'Europe.

 

    C'est avec le remplacement du poids par un ressort comme source d'énergie potentielle que la dimension des horloges peut-être considérablement réduite et qu'apparaissent les premiers modèles d'horloges de table, encore imprécis, toutefois.


    Si Galilée vers 1600 étudie l'isochronisme des petites oscillations d'un pendule, c'est le physicien hollandais Huyghens qui met au point en 1657 avec l'horloger Coster la première horloge à balancier, appelée "pendule". Bientôt, un ressort spiral est associé au pendule, la précision s'en trouve tellement bien améliorée que chaque horloger utilise ce mécanisme.

Et la révolution Française de 1789 voit la prolifération des montres plates de poche... chez les bourgeois, à la suite des travaux d'un horloger suisse installé en France, Breguet. On assiste alors à un véritable travail d'art sur chaque modèle, combinant les formes délicates, les gravures sur or et argent, les insertions de pierres précieuses.

 

 

 

 

Les différentes divisions du temps    Retour à la sélection

 

    L'introduction de l'horlogerie mécanique n'a pas fait disparaître tout de suite les différentes divisions de temps, même si on s'accordait le plus souvent pour diviser le jour en 24 heures. Le problème est de savoir quand commence le nouveau jour. Il existait encore ainsi des heures locales déterminées par le soleil. L'heure italienne ou bohémienne était encore en vigueur dans toute l'Europe centrale. La nouvelle journée débutait 1/2 heure après le coucher de soleil. Il existait ailleurs "l'heure de Nuremberg" qui divisait la journée en 2 fois 12 heures : du lever au coucher du soleil, puis du coucher au lever. Le reste de l'Empire germanique avait lui adopté minuit comme point de départ de la journée et vivait à "l'heure allemande". "L'heure gauloise" débutait elle à midi.

 

    Ce n'est qu'à la fin du XVIIIe siècle que l'heure civile l'emporta sur l'heure astronomique en Europe. C'est la révolution industrielle du XIXe siècle qui, avec l'apparition du chemin de fer, du télégraphe et du téléphone, rendit impossible l'usage des heures locales. Cependant, des villes comme Brest et Strasbourg ont refusé de vivre à l'heure de Paris, pourtant étendue à toute la France le 15 mars 1891. Mais, au-delà des considérations nationales, il fallait aussi, pour coordonner les liaisons internationales, définir une heure de référence. Considérant que la plupart des navigateurs se référaient aux indications fournies par l'Observatoire de Greenwich - dont la création était pourtant postérieure à celle de son rival parisien datant de 1675 - une Conférence internationale sur le Méridien, réunie à Washington en octobre 1884, décida que le méridien 0 suivrait l'axe passant par Greenwich. Ainsi, le décompte des heures s'effectuerait de 0 à 23, à partir de minuit, c'est-à-dire 12 heures après le passage du soleil au-dessus du méridien 0. Ce choix fut ratifié par la Convention internationale de 1911, qui divisa le globe terrestre en 24 fuseaux horaires couvrant chacun 15° de longitude et numérotés de 0 à 23 d'ouest en est. L'heure légale de chaque pays s'obtiendrait désormais en ajoutant au temps moyen de Greenwich un nombre entier d'heures égal au numéro du fuseau. Ainsi a pu être mis en place l'horloge parlante le 14 février 1933 par Ernest Esclangon, directeur de l'Observatoire de Paris.

 

 

 

La marine et l'horlogerie    Retour à la sélection

 

    C'est sans doute la navigation maritime et la recherche de la détermination de la longitude qui auront été le moteur le plus puissant du progrès de l'horlogerie de précision. L'enjeu principal, dès le XVIe, était pour les grandes puissances européennes de maîtriser la navigation maritime pour développer son commerce. C'est en effet à partir de ce siècle et jusqu'à la fin du XVIIe que de grands navigateurs se lancent à l'aventure sur les mers et établissent de nouvelles routes vers des continents jusque là inconnus. En 1598, Philippe III d'Espagne offre une récompense de 100.000 écus à qui trouvera un procédé de détermination exact du point en mer. 

 

    En effet, si déterminer la latitude du navire est facile depuis l'Antiquité à partir de la position du soleil à midi ou de l'étoile polaire la nuit, trouver la longitude nécessite de faire un calcul de la distance parcourue entre deux points. En l'absence d'un instrument de mesure du temps fiable, c'est quasiment impossible, et jusqu'au XVIIème siècle , les capitaines naviguent à l'estime. Plus leur expérience est grande, mieux ils savent évaluer leur position.

    En 1707, l'amiral Anglais Sir Cloudsley Shovel, à la tête d'une escadre de 4 navires , se trompe dans son estime et fait naufrage sur les îles Scilly (ou Sorlingues), au Sud-Ouest de l'Angleterre. Les 2000 marins embarqués et leur amiral se noient. En 1714, le gouvernement anglais décide donc de donner un prix de 20.000 livres (environ €8.000.000 actuels) à celui qui trouvera le moyen de déterminer la longitude à un demi-degré près de grand cercle (soit une précision de 30 miles) pour un voyage de Grande Bretagne aux Antilles.

    Ainsi Newton met au point en 1713 des tables lunaires destinées à la navigation mais il existe encore une erreur de de 2,5 à 3 degrés de longitude.

 

    En 1718, l'Académie de Paris offre un prix de 2000 livres françaises.

 

    C'est un charpentier-horloger Anglais, John Harrison, qui en 1734 construit un énorme chronomètre de marine de 32,5 kg, visible à Greenwich, dont les résultats en mer sont encourageants, pour lequel il reçoit une forte somme d'argent. Et c'est au cours du voyage du Deptford, en 1761, avec son prototype n°4, nettement plus petit, en forme de montre, qu'il remporte le prix. En 1764, avec le n°5, l'erreur angulaire est de 5,2 secondes (soit une distance de 1850 m) sur un voyage de deux mois.


    A terre, le Français Pierre Le Roy est considéré comme le père du chronomètre moderne, d'une conception différente de celle de Harrison. Il présente en 1766 à Louis XV son mémoire sur "la meilleur manière de mesurer le temps en mer", qui fonde en 6 points la théorie de l'horlogerie de précision :

"1 - Réduire les frottements à la moindre valeur et rendre le balancier aussi libre et aussi puissant que possible.

2 - Donner à ses oscillations l'isochronisme le plus parfait.

3 - Y appliquer un échappement au moyen duquel cet isochronisme ne soit pas troublé.

4 - Y compenser les effets de la chaleur et du froid avec exactitude et simplicité.

5 - Disposer le régulateur de manière que toutes les parties étant dans un état non contraint elles restent les mêmes après avoir subi les plus grandes différences de températures.

6 - Rendre la machine invariable dans les différentes positions et les secousses qu'elle peut éprouver."

 

    Par la suite, le chronomètre de marine a été équipé de plusieurs dispositifs pour éviter la moindre dérive de l'isochronisme : 

un système de cardan dans lequel le mouvement est suspendu horizontalement, quelle que soit la position du navire, pendant 23h59 par jour (Le mouvement n'est renversé qu'une minute pour le remontage). Cela évite par exemple les quelques secondes de retard provoquées par un mois de gîte à bâbord (dues à un microscopique défaut d'équilibrage).

- une indication du remontage (Up-Down).

un dispositif chaîne - fusée qui procure au balancier une amplitude constante et évite les conséquences d'un remontage irrégulier.

- un boîtier cubique, souvent en acajou, comprenant deux couvercles, dont le supérieur a généralement été enlevé pour des raisons pratiques bien compréhensibles.

 

    Il existe un chronomètre de marine considéré comme le plus achevé : c'est le "Hamilton, Modèle 21", réalisé aux USA pendant la seconde guerre mondiale. Il s'agit d'une reprise améliorée du chronomètre "Ulysse Nardin" qui équipait systématiquement les navires de l'US-Navy. On craignait qu'en cette époque troublée, Ulysse Nardin ne soit plus en mesure de livrer en Amérique, et on en tira les conséquences. Ainsi Hamilton en construisit entre 1943 et 1955 exactement 11239 unités.

 

 

 

 

Les premières montres    Retour à la sélection

 

    Les premières montres portables datent du début du XVIe siècle, quand les artisans horlogers se mirent à réaliser des réductions d'horloges de table, devenues transportables grâce à l'invention du ressort. Certains historiens pensent que le besoin d'une horloge mobile venait des riches marchands de la Renaissance. Ils avaient à connaître l'heure dans leur "voiture" qui leur tenait lieu de bureau. La montre de carrosse naquit de ce besoin. La montre pendentif, puis la montre de poche n'en seraient que la réduction.

 

    Les ressorts du XVIIIe étaient très irréguliers: forts une fois remontés et faibles après 24 heures. Or, pour qu'une montres à verge soit "précise", son échappement a besoin de recevoir une force constante. Il fallait donc un régulateur de force. La géniale combinaison chaîne - fusée joue ce rôle : placée entre le ressort et les engrenages, la fusée compense par un petit rayon la trop grande force du ressort armé, puis par un grand rayon la faiblesse du ressort désarmé. Ainsi, le moment de force transmis au rouage et à l'échappement reste constant.

 

Montre à verge

La montre à verge, 1771 - 1772,
extrait de l'encyclopédie de Diderot et d'Alembert, Horlogerie, page CC.

Chaîne et fusée

Chaîne et fusée
extrait de l'encyclopédie de Diderot et d'Alembert, Horlogerie, page CC.

 

    150 ans avant la révolution industrielle, l'horlogerie (comme la fabrication d'armes) connaissait déjà la spécialisation des artisans. Certains ateliers produisaient uniquement des cadrans, d'autres les ressorts, les aiguilles, les fusées et les chaînes microscopiques, sans oublier les boîtiers dans lesquels les mouvements terminés seraient ajustés.

 

    Les premières montres sont rarement signées. Ce n'est qu'en fin du XVIIe siècle qu'apparaissent quelques mouvements signés. Au fil du XVIIIe siècle on trouve de plus en plus fréquemment une signature sur le cadran et sur le mouvement. Au XIXe on la trouve parfois sur le boîtier ou sur le couvercle intérieur.

 

    La plupart des montres n'étaient pas signées, et au XVIIIe déjà (comme aujourd'hui) certains obscures artisans signaient d'un nom prestigieux, ce qui sans doute facilitait la vente, et, au XIXe siècle on a parfois ajouté la signature manquante.

 

 

 

 

Horloges électriques    Retour à la sélection

 

    L'idée de réaliser des horloges électriques remonte au milieu du XIXe siècle. Ce n'est pas l'électricité en tant qu'apport d'énergie qui intéressait en premier lieu, mais bien plutôt l'idée qu'une horloge centrale puisse en commander plusieurs autres.

 

    La première pendule électrique qui a vraiment rencontré le succès, qui a été réalisée en grandes quantités et en de nombreuses exécutions, est la fameuse pendule anglaise "EUREKA", reconnaissable à son important balancier. Le principe appliqué est celui de "l'instrument à cadre mobile". Autre point remarquable : les pivots du grand balancier sont portés par un roulement à billes. Il s'agit là de la première application connue du roulement à billes dans l'horlogerie.

 

    Apparue en 1910, la pendule française "Brillié" est en fait une "horloge-mère" qui produit des impulsions pour piloter des horloges "secondaires". Son principe de fonctionnement s'est perpétué presque jusqu'à présent. Il s'agit d'une bobine fixe dans laquelle plonge le balancier qui est constitué d'un aimant permanent. Un système de contact activé par le pendule transmet à l'instant voulu une impulsion de courant à la bobine, de façon à imprimer une impulsion électromécanique qui entretient le balancement du pendule. C'est par une roue à cliquet que le mouvement est transmis à l'engrenage et aux aiguilles, ainsi qu'au dispositif générateur d'impulsions.

 

    La pendule électrique indépendante la plus répandue est la "Bulle-Clock", dont le nom aux consonances anglaises dissimule en fait un produit français. Inventée à la veille de la première guerre mondiale par Monsieur Favre-Bulle, ingénieur de Besançon, elle fut produite dans une multitude d'exécutions, en pendule de cheminée ou en cartel mural, jusque dans les années 70. Son principe de fonctionnement est le même que celui de la Brillié, sauf qu'ici c'est l'aimant qui est fixe et la bobine qui est mobile car montée sur le balancier. Cette disposition a fait ses preuves pendant plus de 5 décennies. Elle est pourtant nettement plus compliquée que la Brillié.

 

    Les installations d’horloges électriques se composent de quatre éléments

   Horloges-mères

   Horloges secondaires

   Câbles de raccordements

   Source de courant

 

    L’horloge-mère possède son propre mouvement mécanique. Elle délivre des impulsions électriques "horaires", transmises aux horloges secondaires par les câbles de raccordement. Chaque minute, une impulsions avance d’un pas chacune des horloges secondaires. C’est souvent le réseau qui tient lieu de source de courant à l’aide d’un transformateur et d’un pont redresseur, parfois au travers d’une batterie d’accumulateurs. Dans certaines constructions le courant est produit par un inducteur électromagnétique. Certains systèmes combinent plusieurs de ces sources de courant.

 

    Les pendules-mères peuvent être classées comme suit :

   Pendules purement mécaniques à ressort ou à poids. Un système de contacts passifs transmet aux horloges secondaires les impulsions électriques issues d’une source électrique extérieure. (Horloge pointeuse "Hermann Moos & Co. Zürich").

    -  Pendules mécaniques à remontage électrique. Ce groupe se divise en deux principes différents : premièrement, un moteur électrique remonte le poids (Inducta) ou le ressort (Moser-Baer) après plusieurs heures de marche. Ou alors le poids ou le ressort est remonté systématiquement du chemin parcouru à chaque impulsion, conservant ainsi la réserve de marche maximum. ( Siemens & Halske type "HU3", également Moser-Baer).

   Pendules mécaniques avec entraînement électrique direct du pendule. (FAVAG, Synchronome, Brillié, Bulle-Clock).

 

    Les plus anciennes pendules-mères à remontage électrique viennent directement de la pendule mécanique, dont la sonnerie a été remplacée par un mécanisme générateur d’impulsions horaires ("L’ancienne pendule-mère" de Siemens & Halske). Au moyen d’un engrenage différentiel le poids entraîne simultanément le mouvement horaire et le générateur d’impulsions. Cette conception fut reprise également pour des constructions modernes (Moser-Baer, Inducta). Le dispositif générateur d’impulsions a pour tâche d’activer chaque minute, pendant une durée définie (entre quelques millisecondes et une seconde) un système de contacts. Celui-ci produit les impulsions positives et négatives alternées, nécessaires aux horloges secondaires. Les contacts sont formés de lamelles-ressorts conventionnelles ou de bascules au mercure. Les pendules-mères de cette catégorie possèdent un ressort ou un poids qui résout les problèmes de réserve de marche. Ainsi l’horloge reste à l’heure même en cas de panne de courant. Cependant les horloges secondaires n’étant momentanément plus alimentées affichent un retard qu’il faudra ensuite rattraper en envoyant manuellement les impulsions nécessaires sur le réseau secondaire, au moyen de contacts prévus à cet effet. Certains mécanismes perfectionnés mémorisent la durée de la panne sur un dispositif à cames, qui, une fois le courant rétabli, mu par un entraînement électrique, fournit automatiquement aux horloges secondaires les impulsions manquantes et ainsi les re-synchronise avec l’horloge-mère. De même si on recule les aiguilles de l’horloge-mère (ce qui n’est pas recommandé) ce même dispositif attendra que l’avance des secondaires soit rattrapée avant de transmettre de nouvelles impulsions.

 

    Le problème de panne du réseau ne se présente pas avec les horloges-mères à inducteur (Magneta, Inducta). Rappelons que l’inducteur n’est autre qu’un aimant permanent qui, chaque minute chute brusquement à travers une bobine, ce qui induit une impulsion électrique (à l’inverse d’un électro-aimant ), puis sera relevé lentement au cours des 59 secondes qui suivent. Il s’agit donc bien à la base d’une horloge-mère mécanique qui fabrique elle-même l’électricité pour transmettre des impulsions horaires à distance. Cette idée géniale a permis de distribuer l’heure avec une parfaite fiabilité à une époque où les réseaux électrique souffraient de pannes fréquentes. Le courant fourni par le réseau n’est utilisé que pour le remontage du poids. En cas de panne de plusieurs jours, le poids peut bien sûr être remonté manuellement, et l’installation reste fonctionnelle. Les premières pendules à inducteur, inventées par Martin Fischer à Zurich en 1900 et fabriquées par la maison "Magneta" était à remontage mécanique pur.

 

    Les horloges avec entraînement électrique direct du pendule suivent deux principes distincts : les uns reçoivent une impulsion électrique à chaque alternance du pendule (Brillié, Bulle-Clock et la plupart des pendulettes électriques de table). Les autres ne reçoivent cette impulsion que lorsque l’amplitude décroît en deçà d’un minimum fixé. Cet entraînement "occasionnel" est appelé "Hipp", du nom de son inventeur (utilisé entre autres par FAVAG) : l’extrémité du pendule comporte une pastille de fer doux. Le pendule est donc attiré par la bobine chaque fois qu’une impulsion électrique la parcourt. Cela se traduit par une impulsion mécanique qui entraîne instantanément le pendule vers une plus grande amplitude. L’amplitude diminue peu à peu jusqu’à atteindre l’angle critique où la lame reste piégée dans la gorge du prisme. Au retour du pendule, le prisme soulève la lame ce qui occasionne une brève fermeture du contact, et donc une activation du pendule.

    Un cliquet fixé au pendule transmet le mouvement à la première roue d’un engrenage qui entraîne l’affichage de l’heure et le dispositif générateur d’impulsions pour les horloges secondaires. Souvent les aiguilles de l’horloge-mère sont commandées électriquement. Dans ce cas le cadran de l’horloge-mère est la première horloge secondaire du système. On notera que ce principe de la roue à rochet a retrouvé dans les années 60 une nouvelle application sur le diapason de la "Bulova Accutron"

    L’énergie électrique pour cet entraînement ainsi que celui des horloges secondaires est souvent fournie par une batterie 24 heures alimentée en permanence par le réseau basse tension (réseau de secours). Ainsi la réserve de marche est garantie.

    En outre, l’entraînement direct du pendule offre un avantage considérable au niveau de la transmission de la force : dans les mouvements à ressort ou à poids, tout le rouage, du barillet à la roue d’échappement, est constamment sous charge, il se met en mouvement, puis est stoppé, à chaque alternance du pendule. Les pivots sont toujours en charge maximum sur leur palier. Avec l’entraînement direct du pendule, le rouage ne transmet que le mouvement aux aiguilles et au dispositif de contacts. La force nécessaire est négligeable. Donc pas de pression sur les paliers et pas d’usure. Voilà qui simplifie considérablement la construction du mouvement car le recours aux paliers en rubis et au polissage des pivots devient inutile. Ce constat est également valable pour les montres à quartz modernes, quelle que soit leur dimension.

 

 

 

 

Les montres et horloges à quartz - Les horloges atomiques    Retour à la sélection

 

    Lorsque vous frappez sur un verre en cristal, vous entendez un son car il vibre avec une fréquence qui lui est propre. C'est pareil pour le quartz. Et si vers 1920 on choisit le quartz comme oscillateur, c'est à cause des charges électriques qui apparaissent et disparaissent en permanence à sa surface, au rythme des vibrations. C'est l'effet piézo-électrique.
Ces vibrations, par l'intermédiaire d'un circuit électronique, sont à l'origine du déplacement des aiguilles d'une montre. La précision obtenue est dix fois plus grande que celle de la meilleure des montres mécaniques : 1 seconde en 6 ans. C'est en 1883 que Pierre Curie découvrit le comportement piézo-électrique du cristal de quartz : il peut produire une tension électrique si on le comprime mais a aussi les propriétés d'un circuit électrique de résonance très aiguë, sa fréquence pouvant aller, selon la façon dont il est taillé, jusqu'à plusieurs millions de Hz par seconde.

 

    Mais ce n'est qu'en 1928 que l'ingénieur-électrotechnicien Warren A. Marrison, aidé de J. W. Horton, mis au point un dispositif capable d'entretenir et de compter les vibrations du quartz. C'est de cette première horloge à quartz dont dérivent nos montres à quartz actuelles. Mais il fallu attendre 1967 pour voir la première montre à quartz apparaître, dont la réalisation revient au Centre électronique horloger de Neuchâtel, grâce à la mise au point de circuits électroniques intégrés, qui ont depuis cédé leur place à de minuscules puces de silicium. C'est en 1969 qu'est apparue la première montre à quartz suisse de série, fabriquée par la manufacture Girard-Perregaux. C'est sa fréquence, 32768 Hz, qui sert de référence mondiale actuelle. Le quartz, à l'origine cristal naturel et aujourd'hui obtenu par synthèse, a permis de détecter les irrégularités du Temps des Ephémérides. 

 

    Toujours à la recherche de la meilleure précision, pour répondre aux besoins des télécommunications ou de la navigation, les savants poursuivent leurs recherches, et en 1958 ils mettent au point l'horloge atomique, dont la précision est de 1 seconde pour 3000 ans. Le principe est basé sur le fait qu'un atome absorbe ou émet de l'énergie à une fréquence encore plus précise que celle du quartz. L'atome retenu est le césium Cs.

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