HORLOGERIE

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Horloges et montres électroniques

Historique

L'électricité d'abord, l'électronique ensuite ont joué, dès leur apparition, un rôle déterminant dans la mesure du temps : en chronométrie de haute précision comme en horlogerie courante. L'électronique, en particulier, a permis d'accéder aux fréquences très élevées et très stables liées aux transitions des niveaux d'énergie d'atomes et de molécules. On a construit ainsi des garde-temps et des générateurs de fréquence extraordinairement précis.

Entre 1920-1930, époque des premiers travaux consacrés aux horloges à quartz, et 1970-1975, époque où la précision des étalons atomiques a culminé, il s'est écoulé un demi-siècle. Auparavant, les meilleures horloges à gravité (pendules de précision des observatoires) atteignaient très difficilement une précision de la milliseconde par jour (précision relative de 10-8). Actuellement, les étalons de fréquence à jet de césium assurent 10-13 soit 100 000 fois mieux.

Le Bureau international de l'heure à Paris (B.I.H.) a confirmé dès 1933 l'existence de variations saisonnières et séculaires dans la rotation de la Terre. En 1941, par exemple, l'amplitude de la variation saisonnière a dépassé 4 millisecondes (amplitude de la moyenne mensuelle des écarts). C'est une précision tout à fait insuffisante pour les besoins de la science moderne.

Dans notre quête d'un étalon de temps invariable, universel, reproductible, pouvant conduire à une échelle de temps uniforme, nous avons changé deux fois la définition de la seconde en moins de trente ans. Jusqu'en 1956, la seconde était la fraction 1/86 400 du jour solaire moyen, de 1956 à 1967, la fraction 1/31 556 925,974 7 de l'année tropique 1900 ; depuis 1967, la seconde est la durée de 9 162 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l'état fondamental de l'atome de césium 133.

À ces différentes secondes étalons correspondent des échelles de temps distinctes, à savoir :

– pour la seconde de temps solaire moyen, l'échelle Temps universel (T.U.) ;

– pour la seconde de l'année tropique, l'échelle Temps des éphémérides (T.É.) ;

– pour la seconde atomique, l'échelle Temps atomique international (T.A.I.).

Le Bureau international de l'heure à Paris était responsable de la coordination de toutes ces échelles, ses activités dépendent depuis 1988 de deux organismes.

– le Temps universel coordonné (T.U.C.) résulte d'un compromis entre le T.A.I. et le T.U., c'est la base du temps en usage dans tous les pays.

Échelles de temps

Tableau : Échelles de temps

Relations entre les différentes échelles de temps. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Le temps légal, celui qui nous sert de référence pour remettre à l'heure nos montres et pendules, est toujours le temps universel. Ainsi le Soleil passe au méridien d'un lieu à peu près à midi, maintenant et pour longtemps.

Montres électroniques

Le développement de la montre électronique s'inscrit pour l'essentiel entre 1950 et 1980. Le marché se concentre sur deux types de produits, tous deux à quartz, qui se distinguent par le système d'affichage de l'heure. Ce sont, d'une part, les montres à quartz à aiguilles et, d'autre part, les montres à quartz où l'affichage est optoélectronique.

Montres électroniques à quartz

Dessin : Montres électroniques à quartz

Schéma fonctionnels simplifiés des montres électroniques à quartz. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les montres à quartz à affichage conventionnel à aiguilles ont encore une partie mécanique importante. L'affichage optoélectronique a éliminé pratiquement toute « mécanique » au sens cinématique du terme. En outre, ce type de montre a une structure qui permet bien d'autres informations que celles relatives à l'heure qu'il est. La montre solid state est en fait un minisystème de traitement de l'information qui peut tout aussi bien donner des informations de température, de pression, de vitesse de pouls que des informations horaires. Il faut pour cela compléter le système par les senseurs appropriés, et l'électronique par des processeurs et mémoires idoines. Alors que la montre mécanique, de par sa structure, est un système indéformable peu enrichissable, la montre électronique, par sa souplesse, ouvre le chemin à une multitude d'objets portables à fonctions diverses. Le tableau résume la chronologie des principales réalisations des montres à quartz de chaque type.

Montres électroniques

Tableau : Montres électroniques

Montres électroniques: chronologie des principales réalisations. 

Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Les progrès globaux sont bien sûr en relation avec les progrès liés à chaque composant de la montre électronique. Nous relatons ci-dessous l'essentiel de l'évolution de chaque composant de base.

Piles électriques pour montres

Génératrice de courant par transformation de l'énergie chimique, la pile électrique est connue depuis les travaux de Galvani (1790) et de Volta (1800).

La consommatio [...]

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Montre mécanique et montre à diapason

Montre mécanique et montre à diapason
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Foliot et échappement à roue de rencontre

Foliot et échappement à roue de rencontre
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Mesure du temps et des fréquences : évolution historique

Mesure du temps et des fréquences : évolution historique
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Échappement à ancre pour montre

Échappement à ancre pour montre
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Écrit par :

  • : docteur ès sciences physiques de l'Université de Neuchâtel (Suisse), ancien sous-directeur du Laboratoire suisse de recherches horlogères à Neuchâtel, département de chronométrie
  • : ingénieur horloger à l'université de Neuchâtel, directeur technique d'Ébauches S.A., ingénieur conseil en microtechnique

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Pour citer l’article

Claude ATTINGER, André BEYNER, « HORLOGERIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/horlogerie/