La précision des montres vintages
A la fin des années 40, Claude Attinger Physicien au Laboratoire Suisse de recherches horlogères s'intéressa à l'influence des causes extérieures sur la marche des montres.
Son étude pour être complète quant à la précision doit être complétée par celle de Paul Ducommun chimiste dans ce même laboratoire.
Leurs études ont considérablement influencé les bureaux d'études des fabriquant jusqu'au début des années 70.
Attinger énumère
3 causes essentielles au fonctionnement de la montre :
-La température-Le champ magnétique-La pression barométrique.
La température.
L'auteur après avoir rappelé le principe de dilatation des métaux en cas d'élévation de la température relève rien qu'en jouant sur la température, un couple spiral acier /balancier laiton retarde de 0,5 sec pour un degré d'élévation de la température tandis qu'avec un spiral et balancier acier, elle avance dans la même proportion et dans les mêmes conditions.
Si l'on augmente la température, c'est le spiral qui devient plus sensible...
On passe à 11 secondes de retard par jour pour un degré pour un balancier laiton avec spiral d'acier.
Une montre réglée parfaitement à 20 degrés perd 2 minutes par jours à 31 degrés.
L'hiver la température de la montre peut descendre considérablement lorsqu'elle est posée et pour une amplitude totale de 40° la différence de marche entre les 2 extrêmes est de 7 minutes.
Ce constat a fait naître le spiral compensé (des effets de la température) . La compensation joue sur le spiral et sur le balancier.
La compensation porte sur le matériau du spiral (alliage thermoélastique) et sur celle du balancier "bimétallique" ou le laiton moins dilatable entoure la serge (anneau) en acier.
Les alliages au nickel pour spiraux à faible coefficient thermoplastique reçurent les doux noms d'Elinvar (pour élasticité invariable) métélinvar et Nivarox . Les spiraux Elinvar furent les premiers et hélas moins bons que leurs cadets. Les alliages sont à base de fer et de nickel mais il y a aussi du carbone, manganèse, chrome, tungstène ou molybdène pour le Nivarox.
Les coefficients thermiques dès les années 45, c'est à dire l'écart de marche par jour et par degré dans les limites courantes de température est inférieur à 0,5 secondes.
Ces normes ont depuis été réduites.
L'autre intérêt est celui que je traiterai prochainement à savoir la faible sensibilité de ces alliages aux champs magnétiques.
L'apport de la technologie depuis les années 40/50 est l'aptitude à doser l'alliage et donc à favoriser une plus grande précision. Sans avoir atteint la précision ultime, il se pourrait que ces jours-ci des matériaux de synthèse venus de chez SEIKO révolutionnent un peu ce domaine.
On mesure dans ces conditions à quel point la maîtrise de l'alliage du balancier est essentielle et Nivarox s'est en ce domaine taillé une part essentielle.
Nos montres sont bien sur grâce à ces équipements notamment moins sensibles que celles des années 30/40 aux conditions de température et il faut des chaleurs extrêmes pour mesurer des écarts sensibles et significatifs. Les plus observateurs ont pu lors de la canicule 2003 constater des écart de quelques secondes plus importants dans la précision de leurs montres.
Pour nos vintages, c'est évidemment une autre paire de manches et pour les goussets du début du siècle c'est encore plus problématique.
Un gousset de 1900/1910 qui un siècle après sa fabrication, une fois révisé tourne à 2 ou 3 secondes par jour démontre une aptitude exceptionnelle de ses créateurs qui n'avaient ni les alliages ni les moyens technologique pour jouer sur des qualités d'alliages pas encore inventés.
OMEGA, ULYSSE NARDIN, LONGINES, LEMANIA, ZENITH et une poignée d'autres tenaient le haut du pavé et se livraient à tous les concours des observatoires des compétions dont on mesure mieux la difficulté, replongés dans les moyens de l'époque...
L’influence du champ magnétique.
Le champ magnétique agit sur toutes les pièces de la montre. L’effet principal est constatable sur les organes d’échappement et surtout sur le système régulateur balancier/spiral.
L’effet sur les arbres, pignons et aiguilles est décelable et globalement il peut être considérable.
Si le balancier possède deux bras en acier (pour un bimétallique), ces bras comme pour une boussole auront tendance à s’orienter dans le champ magnétique (chacun a déjà fait le test avec une aiguille sur de l’eau).
Le champ agit en produisant un couple qui se surajoute au couple élastique du spiral ce qui entraîne une diminution de période (perte d’amplitude) et bien sur fait avancer la montre anormalement.
L’influence du champ magnétique a essentiellement
trois effets :
-Une influence temporaire
-Un effet résiduel
-Et l’arrêt de la montre.Claude Attinger explique que l’influence temporaire, c’est l’effet temporaire de l’exposition de la montre au champ magnétique.
Par exemple, une montre qui exposée en permanence prendrait 2 minutes par jour, n’avancerait que 1,2 secondes pour 15 minutes.
La conséquence est alors quasi négligeable.
L’effet résiduel, c’est ce qui se passe après l’exposition au champ magnétique. Ici les pièces restent en quelque sorte aimantées et interagissent entre elles comme autant d’aimants .L’effet est permanents certes moins dévastateur que l’influence temporaire mais plus durable.
Si l’effet résiduel est de 2 minutes par jour, cet écart vient s’ajouter à l’écart de marche habituellement enregistré et ce, chaque jour.
Le troisième effet est l’arrêt de la montre en raison d’un champ trop élevé.
Les équipements de nos environnements n’ont cessé de créer des champs magnétiques nouveaux. Hauts parleurs, écrans…il suffit souvent de quelques centimètres pour réduire voire annuler l’effet de ces champs.
Il reste le champ magnétique terrestre auquel on n’échappe pas. L’effet est important car une montre préalablement exposée et « magnétisée » sera d’autant plus sensible au champ magnétique terrestre.
Des écarts allant jusqu’à 1 seconde/jour ont été mesurés.
L’expèrience suivante a été enregistrée en 1948 :
Montre réglée à + 17 sec /jour :
Exposition à 50 gauss parallèlement au cadran pendant quelques secondes puis sortie du champ.
Mesures :
Remontoir au nord + 120 secondes
Ouest + 80 secondes
Sud + 125 secondes
Est + 180 secondes
La montre est passée dans un appareil de démagnétisation et revient à 16 secondes/jour.
Pour parer aux effets du magnétisme, la recherche s’est orientée dans des systèmes balancier/spiraux en alliages non magnétiques.
Des essais furent tentés sur des balanciers en laiton et des spiraux en bronze ce qui au plan thermique fut catastrophique fut en revanche excellent du point de vue magnétique.
Les balanciers en maillechort ou en bronze au béryllium furent préférés des les années 40 avec des spiraux auto compensateurs, Nivarox ou métélinvar.
L’étude de Claude Attinger démontre que la difficulté fut de fabriquer des alliages auto compensateurs et totalement antimagnétique car ce qui était gagné d’un coté était perdu de l’autre vu que plus un spiral est amagnétique moins il compense les effets de la température.
L’écart lié à la température étant potentiellement plus lourd à gérer que celui résultant du magnétisme, c’est par des solutions « extérieures » aux mouvements que les recherches des années 50 se sont portées.
Des écrans en fer doux, en « mu-métal » (alliage de fer, nickel, cuivre et chrome) en « permalloy » ( alliage de fer, nickel manganèse et molybdène).
En outre, les échappements ont été fabriqués en alliages non magnétiques comme comme les aiguilles etc…les matériaux employés posaient pour ces vintages des problèmes de fabrication notamment pour les bronzes au Béryllium.
L’influence de la pression barométrique.
Les recherches menée par le Laboratoire Suisse de Recherche Horlogère ( LSRH) démontrent une influence plutôt assez faible de la pression barométrique notamment sur les montres de bonne qualité et en particulier des modèles certifiés chronomètres.
Le balancier dans son mouvement oscillatoire entraîne une certaine masse d’air et l’inertie de cette masse gazeuse est potentiellement susceptible d’augmenter l’inertie du balancier.
Les facteurs en cause sont donc la dimension du balancier, la densité et la viscosité de l’air.
Celle-ci est largement indépendante de la pression .
Les effets mesurés explique Claude Attinger sont un retard croissant avec la pression. L’air entourant le balancier freine son mouvement et donc diminue l’amplitude. Il résulte un effet secondaire sur la marche si la montre présente un défaut d’isochronisme (c’est-à-dire la marche variant avec l’amplitude).
L’effet global est extrêmement complexe.
Des mesures prises ont montré sur des chronomètres de poche des écarts de marche de 0,01 à 0,02 sec par jour pour une différence de pression de 1mm de mercure.
Une montre réglée au Locle à 920 mètres par une pression de 680 mm accusait à l’observatoire de Neufchâtel , altitude 480 mètres et pression de 718 mm, un retard d’environ 0,6 secondes.
La même pièce transportée en bord de mer dont à 0 mètre d’altitude avec une pression de 760 mm retarde dans ces conditions de 1,2 sec par jour.
On mesure dès lors la difficulté des régleurs avant d’envoyer une montre à l’observatoire notamment pour concourir ou pour régler les chronos de marine.
En avion, à 5500 métres d’altitude, pression 380 mm la montre avancera de 5 à 6 secondes par 24 heures.
La marche de la montre croit d’une façon non linéaire avec la pression. Cette influence diminue notablement avec l’augmentation du diamètre du balancier et des aspérités sur le balancier telles les vis de réglage de la compensation ne semblent pas jouer un rôle prépondérant.
Il faut encore pour être complet considérer le facteur de température puisqu’une augmentation de la température agit sur la densité de l’air en la diminuant. Mais elle en augmente corrélativement la viscosité.
Les expériences faites par le LSRH démontrent une compensation sensible des 2 phénomènes.
La montre dans toutes ces conditions demeure malgré des traitements parfois difficiles un outil d’une fiabilité exemplaire. Une seconde par jour d’écart c’est 1 mm pour 100 mètres.
En cela la montre est admirable et l’horlogerie passionnante.
Comprendre ces efforts de plusieurs siècles pour arriver à de tels résultats force le respect à l’égard des régleurs de précisions et des horlogers anonymes ou non qui contribuèrent à cette science de la précision.
Ecrit avec les travaux du LSRH, ceux de
Charles Rosat et l’amitié des passionnés qui l’initient chaque jour un peu plus.
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