Horloge mécanique ou à quartz ?

janvier 19, 2020 5 min de lecture

Horloge mécanique ou à quartz ?

Si les premiers objets qui indiquaient l'heure étaient autrefois les cadrans solaires, les sabliers romains et les clepsydres, les horloges prirent le dessus à partir du XVIIe siècle en raison de leur meilleure précision et lisibilité. Mais comment fonctionnent-elles ? Pourquoi sont elles si précises ? Lisez ce qui suit pour le savoir.

Le fonctionnement de l'horloge à balancier (pendule)

On a tendance à confondre les termes "horloge" et "pendule" par abus de langage. En réalité, ce qu'on appelle "une pendule" est une horloge qui fonctionne à l'aide d'un pendule, c'est-à-dire un mouvement de balancier qui lui sert à rester à l'heure.

En 1583, Galilée découvre qu'un pendule d'une longueur donnée prend toujours le même temps pour se balancer, peu importe son poids ou l'ampleur de son mouvement. En 1657, d'après cette découverte, Christiaan Huygens devient le premier horloger de l'histoire en créant la première horloge à pendule. Il se sert pour cela du principe découvert par Galilée pour compter les secondes avec régularité.

En sachant cela, il est tout à fait possible de fabriquer une horloge par vous même en attachant un poids à une chaîne. Si la ficelle mesure environ 25 cm de long, le pendule effectuera environ un aller-retour par seconde. Vous pouvez alors compter le nombre d'allers-retours et en déduire le nombre de secondes qui s'est écoulé.

Horloge pendule balancier mesurer le temps

Le fait que le mot "pendule" ait un double sens n'est pas par hasard : on peut tout à fait se servir d'un pendule comme d'une pendule !

Le problème avec une horloge comme celle-ci, c'est que le pendule ne cesse de s'arrêter : la résistance de l'air et la friction épuisent trop rapidement son énergie mécanique.

Pour pallier à ce problème, les horloges à pendule sont équipées de ressorts, souvent en laiton. Une fois par jour (ou par semaine), vous remontez un ressort à l'intérieur de l'horloge. Cela permet d'emmagasiner de l'énergie potentielle et de maintenir le pendule en mouvement pendant un certain temps. 

Grâce à un mécanisme de balancier appelé échappement, le pendule force les engrenages à tourner à un rythme précis - et c'est ainsi que les engrenages peuvent rester à l'heure. C'est ce même ressort qui permet à un carillon (Westminster par exemple) de sonner. Le mécanisme, plus complexe, inclut une cloche et un maillet. Les rouages ne se contentent plus seulement d'afficher l'heure sur le cadran, mais font également retentir une sonnerie en faisant frapper le marteau sur la cloche. Il existe un grand nombre d'horloges dotées de fonctionnalités additionnelles, comme chez une pendule murale avec coucou par exemple. Elles fonctionnent toujours suivant le même principe d'engrenages et de ressorts.

Horloge ancienne traditionnelle mécanique comtoise murale

Le fonctionnement de l'horloge à quartz

Le problème avec les horloges à balancier et les montres mécaniques est qu'il faut se rappeler de les remonter. Si vous oubliez, elles s'arrêtent - et vous n'avez plus qu'à les remettre à l'heure.

Un autre souci avec les horloges à pendule est qu'elles dépendent de la gravité, qui varie très légèrement d'un endroit à l'autre. Cela signifie qu'une horloge à pendule indique l'heure différemment en haute altitude et au niveau de la mer... Les pendules changent également de tempo lorsque la température change, se dilatant légèrement les jours chauds et se contractant les jours froids, ce qui les rend encore moins précises. C'est pour ces raisons que les horlogers ont inventé les mouvements quartz.

Les horloges à quartz résolvent tous ces problèmes. Elles fonctionnent avec des piles et, comme elles consomment très peu d'électricité,  ce système peut durer plusieurs années avant que vous ayez besoin de les remplacer. Elles sont également beaucoup plus précises que les horloges à pendule.

Horloge mécanique dorée engrenage horlogerie ancienne atelier luxe

Les horloges à quartz fonctionnent d'une manière très différente des horloges à pendule. Elles sont toujours dotées d'engrenages pour compter les secondes, les minutes et les heures et faire tourner les aiguilles sur le cadran. Là où ça change,  c'est que ces engrenages sont animés par un minuscule cristal de quartz. La gravité n'entre pas du tout en jeu, de sorte qu'une horloge à quartz indique l'heure aussi bien lorsque vous escaladez l'Everest que lorsque vous faites de la plongée sous-marine.

En plus, une horloge quartz est relativement silencieuse comparé à une horloge mécanique : le seul bruit émis provient du mouvement des aiguilles, qui est beaucoup plus faible que celui qu'émet un ressort lorsqu'il se détend.

Le quartz est l'un des minéraux les plus communs sur Terre. Il se forme à partir d'un composé chimique appelé dioxyde de silicium (le silicium est aussi la matière dont sont faites les puces d'ordinateur), et on le trouve dans le sable ainsi que dans la plupart des roches. En ce qui concerne les horloges, ce qui nous intéresse dans le quartz, c'est qu'il est piézoélectrique. Cela signifie que si vous exercez une pression sur un cristal de quartz, il génère une minuscule tension électrique. Et l'inverse est également vrai : si on stimule électriquement un morceau de quartz, il vibre à une certaine fréquence (il vibre un nombre très précis de fois par seconde). 

Minéral roche quartz rose mécanisme électrique horloge atelier

A l'intérieur d'une horloge ou d'une montre à quartz, la pile envoie de l'électricité au quartz au travers d'un circuit électronique. Le cristal de quartz oscille alors exactement 32768 fois par seconde (tout en restant silencieux, c'est pratique). Le circuit imprimé compte donc le nombre de vibrations et les utilise pour générer des impulsions électriques régulières, une par seconde. Ces impulsions peuvent soit alimenter un écran LCD (affichant l'heure numériquement), soit entraîner un petit moteur électrique qui fait tourner les aiguilles des secondes, des minutes et des heures.

Engrenages horloge montre mouvement quartz mécanique ancien

Pourquoi les horloges à quartz se dérèglent-t-elles ?

La motivation quartz est si précise, vous pourriez vous demander pourquoi une montre à quartz ne reste pas rigoureusement à l'heure pour toujours. Pourquoi gagne-t-elle ou perd-elle encore des secondes ici et là ? La réponse est que le quartz vibre à une fréquence légèrement différente à différentes températures et pressions. Ainsi, sa capacité de chronométrage est affectée à un degré minuscule par les changements de température du monde qui nous entoure. En théorie, si vous gardez une montre à votre poignet tout le temps (qui est à une température plus ou moins constante), elle tiendra mieux l'heure que si vous l'enlevez et l'enfilez (ce qui provoque un changement de température très important à chaque fois).

Mais même si le cristal de quartz pouvait vibrer à une fréquence parfaitement constante, la façon dont il est monté dans son circuit, les petites imperfections dans l'engrenage, les frottements, etc. peuvent aussi introduire de minuscules erreurs dans la mesure du temps. Tous ces effets sont suffisants pour introduire une imprécision pouvant aller jusqu'à une seconde par jour dans les horloges et montres à quartz typiques (n'oubliez pas qu'une seconde perdue un jour peut être compensée par une seconde gagnée le lendemain, de sorte que la imprécision globale peut se limiter à quelques secondes par mois).

Montre horlogerie mouvement quartz aiguilles engrenages

Pour ces raisons, les horloges mécaniques sont aujourd'hui désuètes car moins précises, contraignantes, bruyantes, etc.

Bien que certains leur trouvent un charme unique, l'immense majorité de nos horloges fonctionnent avec un cristal de quartz pour vous apporter une expérience plus agréable et facile. Mais ce n'est pas pour autant que le design traditionnel est abandonné ! Retrouvez notre collection d'horloges murales traditionnelles pour vous faire votre idée... Les horloges de table comportent également un large choix d'objets au style ancien très élégant.


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