01
Huit battements par seconde, grâce à un ressort
Vous avez sous les yeux une montre mécanique, posée sur la tranche comme sur un présentoir. La boîte porte un cadran, trois aiguilles et, sur le côté, une couronne pour le remontage. Le vrai travail se fait derrière le cadran, dans la partie que les horlogers appellent le mouvement. Il n’a ni pile ni puce. Tout fonctionne grâce à un ressort d’acier enroulé, une chaîne de petites roues et une minuscule roue qui va et vient.
Le mouvement remplit trois tâches. D’abord, il stocke l’énergie : quand vous tournez la couronne, vous armez le ressort de barillet. Ensuite, il libère cette énergie par petits pas réguliers. C’est le rôle de l’échappement et du balancier. Enfin, il compte ces pas et les affiche sous forme d’heure, grâce à un rouage et aux aiguilles. La vue Chemin de l’énergie suit la force du ressort jusqu’au balancier, en passant par les roues. Chaque chapitre ci-dessous s’arrête sur l’une de ces parties.
Les roues d’une montre mécanique avancent par petits pas. Le balancier laisse passer la roue d’échappement d’une demi-dent à la fois, et tout le rouage suit. Chaque libération est un battement, que vous entendez comme un tic ou un tac. Cette montre bat 28 800 fois par heure : 8 fois par seconde, 691 200 fois par jour. Le balancier fait 4 allers-retours par seconde. Chaque oscillation complète dure 250 ms et contient deux battements : le tic quand il passe le centre dans un sens, le tac quand il revient. La ligne de temps sous le modèle suit une oscillation complète.
Les chiffres de ces chapitres sont ceux d’un mouvement à remontage manuel comme l’ETA 2801-2, que l’on remonte en tournant la couronne. Il mesure 25,6 mm de diamètre et 3,35 mm d’épaisseur, et compte 17 rubis. Le modèle reprend une disposition classique de manuel d’horlogerie, du même type. Il écarte les étages les uns des autres pour que vous puissiez bien les voir. Faites glisser le modèle pour le tourner et regarder le côté cadran. En temps réel, le balancier n’est qu’un flou : ralentissez la lecture et regardez-le osciller.
02
Quarante-deux heures dans un ressort d’acier
L’énergie se trouve dans le ressort de barillet, une longue lame d’acier enroulée dans un tambour appelé barillet. Quand vous tournez la couronne, la tige tourne aussi. De petits pignons transmettent alors le mouvement à la roue de couronne, puis au rochet. Le rochet est fixé sur l’arbre, au centre du barillet. L’arbre resserre les spires intérieures du ressort, tandis que le barillet reste immobile. Un petit cliquet tombe dans les dents du rochet à mesure qu’elles passent, si bien que le ressort ne peut pas faire tourner l’arbre en arrière.
Déroulé, ce ressort mesure 420 mm de long, mais seulement 0,125 mm d’épaisseur et 1,23 mm de haut. Sa force de rotation, le couple, vaut environ 11,3 mN·m quand il est armé à fond. Un jour plus tard, il est tombé à environ 9,1 mN·m, soit à peu près 19 % de moins. La force qui fait marcher la montre n’est donc jamais tout à fait constante. Un remontage complet stocke environ un tiers de joule. La montre dépense cette énergie lentement, à raison de 2 à 3 microwatts environ.
En se détendant, le ressort fait tourner le barillet, dont la denture entraîne les roues. Un remontage complet fait marcher ce mouvement 42 heures : c’est sa réserve de marche. Dans le rouage du modèle, tiré d’un manuel, le barillet fait un tour toutes les 8 heures. Armer le ressort à fond revient donc à environ cinq tours et quart. Faites glisser le curseur vers le vide : les spires s’écartent vers la paroi du barillet, le couple baisse et l’amplitude du balancier diminue.
Dans une montre à remontage manuel, le cliquet retient le ressort. Une fois le ressort armé à fond, la couronne ne tourne tout simplement plus. Une montre automatique est remontée par une masse oscillante, qui ne sait pas quand s’arrêter. Son ressort se termine donc par une bride glissante, qui patine contre la paroi du barillet au lieu de trop tendre le ressort. La version automatique de ce mouvement, l’ETA 2824-2, mesure 4,6 mm d’épaisseur au lieu de 3,35 mm et marche 38 heures. Remontez le modèle à fond pour recommencer.
03
Multiplier, pas démultiplier
Depuis le barillet, la force traverse une chaîne de roues appelée rouage. Chaque grande roue entraîne un petit pignon sur l’axe suivant, si bien que chaque étage tourne plus vite que le précédent. Le ressort est lent et puissant, alors que l’échappement a besoin d’un mouvement rapide et léger. Le rouage multiplie donc la vitesse au lieu de la réduire. Au bout de la chaîne, la lente rotation du barillet est devenue 12 tours par minute à la roue d’échappement.
Les horlogers appellent pignon une petite roue menée, et ses dents des ailes. Le modèle utilise un rouage classique de manuel. Les 80 dents du barillet entraînent un pignon de 10 ailes, ce qui multiplie la vitesse par 8. Les étages suivants la multiplient par 8, par 7,5 et par 12. Ainsi, la roue de centre fait un tour par heure, la roue de seconde un tour par minute et la roue d’échappement 12 tours par minute. Chacune de ses 20 dents donne deux battements : 12 × 20 × 2 font 480 battements par minute, soit 28 800 par heure.
Dans cette disposition de manuel, la roue de centre se trouve au milieu du mouvement et fait un tour par heure. C’est donc elle qui porte l’aiguille des minutes. La roue de seconde fait un tour par minute et porte la petite seconde à 6 heures. La roue d’échappement fait en moyenne 12 tours par minute, mais elle reste immobile la plupart du temps. Elle avance par petits sauts de 9°, un par battement. Choisissez une roue ci-dessous et la caméra la suivra.
Les pivots des roues tournent dans des rubis. Ce sont de minuscules paliers en rubis synthétique fabriqués en usine, et non des pierres précieuses. Un pivot d’acier dans un rubis frotte bien moins que du métal sur du métal, et il est en plus lubrifié. Ce mouvement compte 17 rubis. Sa version automatique en a 25, mais les 8 de plus servent au remontage et n’apportent rien à la mesure du temps. Plus de rubis ne veut donc pas dire meilleure montre. Les points ambrés suivent l’énergie du barillet jusqu’au balancier.
04
Lâcher une demi-dent à la fois
Le ressort pousse sans cesse sur la roue d’échappement. Livrée à elle-même, elle s’emballerait en un instant. L’ancre la retient. Deux pierres en rubis sur l’ancre, les levées d’entrée et de sortie, enjambent deux dents et demie. Entre deux battements, l’une d’elles bloque une dent. Sa face de repos est inclinée : c’est le tirage. Ainsi, la pression de la dent attire l’ancre et la plaque contre une goupille de limitation. La roue est verrouillée.
Puis le balancier revient. Une cheville en rubis sur son plateau, l’ellipse, entre dans la fourchette de l’ancre. Elle entraîne l’ancre jusqu’à ce que la levée quitte la dent : la roue est dégagée. La dent glisse alors sur l’extrémité inclinée de la levée et pousse l’ancre, qui pousse à son tour l’ellipse. Cette poussée est l’impulsion. La dent, en forme de massue, et la levée ont chacune un plan incliné et se la partagent. Ensuite, la roue chute librement jusqu’à ce que la dent suivante se verrouille sur l’autre levée. Elle a tourné de 9°. Suivez chaque étape avec les boutons ci-dessous.
L’ellipse ne touche l’ancre que pendant les 50° d’oscillation autour du centre, ce qu’on appelle l’angle de levée. Quand le balancier oscille d’environ 280° de chaque côté, ce contact dure environ 7 ms sur chaque battement de 125 ms. Environ 94 % du temps, le balancier oscille librement, tandis que le tirage maintient l’ancre contre sa goupille de limitation. C’est pourquoi on parle d’échappement libre. Si un choc tente de déplacer l’ancre pendant que l’ellipse est loin, un dard sur l’ancre bute contre le petit plateau et l’arrête.
Le tic que vous entendez n’est pas un seul son, mais trois chocs rapides. D’abord, l’ellipse frappe l’ancre. Puis une dent arrive sur le plan incliné d’une levée. Enfin vient le choc le plus fort : une dent se verrouille quand l’ancre heurte sa goupille de limitation. Le tac se produit de la même façon au retour. Thomas Mudge a inventé cet échappement à ancre dans les années 1750. Depuis 1900 environ, presque toutes les montres mécaniques en utilisent un. Faites glisser lentement la ligne de temps sur le tic et regardez la roue attendre, sauter puis s’arrêter.
05
La roue qui décide de la durée d’une seconde
Le balancier est un anneau de 10,6 mm de diamètre qui oscille sur des pivots de seulement 0,08 mm d’épaisseur. Un spiral le ramène sans cesse vers le centre. Le balancier dépasse ce point et repart dans l’autre sens, comme un enfant sur une balançoire. Deux choses seulement fixent la durée d’une oscillation. La première est la serge : son poids et la distance de ce poids au centre. La seconde est la raideur du spiral. Plus de poids loin du centre ralentit l’oscillation, et un spiral plus raide l’accélère. Ici, une oscillation complète dure 250 ms. Christiaan Huygens a conçu un spiral en 1675.
L’angle que parcourt le balancier s’appelle son amplitude. Quand la montre est remontée, elle atteint environ 280° de chaque côté, soit plus d’un tour complet d’un bout à l’autre. Sellita, qui fabrique des mouvements de même conception, autorise au plus 315° après un remontage complet. Un jour plus tard, il faut encore au moins 200°. Au-delà d’environ 335°, l’ellipse ferait le tour et frapperait l’arrière de l’ancre. Le balancier contient environ 12 µJ d’énergie, et chaque battement n’en recharge que quelques pour cent.
Pour régler la marche, l’horloger déplace la raquette. Ses deux minuscules butées, une goupille et une clé, enserrent la spire extérieure du spiral et fixent la longueur qui reste libre de fléchir. Si l’on raccourcit cette longueur utile, la montre avance ; si on l’allonge, elle retarde. Les petites variations comptent : un spiral à peine 1 % plus raide ferait avancer la montre d’environ 7 minutes par jour. Déplacez un peu le curseur : il en faut très peu pour dérégler la montre de plusieurs minutes par jour.
La chaleur, le magnétisme et les chocs perturbent tous le balancier. Les spiraux en Nivarox changent à peine avec la température. Cet alliage a été mis au point pour eux dans les années 1930. Les spiraux en silicium, eux, ne sont pas magnétiques. Contre les chocs, les rubis qui tiennent les pivots du balancier sont montés dans un pare-chocs. Un ressort laisse le rubis se déplacer, l’épaulement épais de l’axe encaisse le coup, puis le ressort recentre le pivot. L’Incabloc, apparu au début des années 1930, est l’un de ces systèmes. Dans cette famille de mouvements, seules les meilleures qualités en sont équipées. Les autres utilisent l’Etachocs, le système maison d’ETA.
06
Des battements aux heures
Regardez maintenant le côté cadran. Sous le cadran, un petit ensemble de roues appelé minuterie fait faire un tour à l’aiguille des heures pendant que celle des minutes en fait douze. Dans cette disposition de manuel, la chaussée a 10 ailes et entraîne la roue de minuterie de 30 dents. Le pignon de 8 ailes de cette roue entraîne à son tour la roue des heures de 32 dents. On obtient 3 fois 4, soit 12 pour 1. La chaussée ne tient que par friction : quand vous mettez la montre à l’heure, les aiguilles tournent et le rouage reste immobile.
La roue de seconde porte l’aiguille de la petite seconde, à 6 heures. Elle avance de 6° par seconde, non pas en continu, mais en 8 minuscules pas, un par battement. Ces pas sont si petits et si rapides que l’aiguille des secondes d’une montre mécanique semble glisser. L’ETA 2801-2 lui-même est construit autrement. Sa roue de seconde est au centre du mouvement et entraîne une trotteuse centrale. L’aiguille des minutes est portée par un tube qui l’entoure.
Toutes les montres ne battent pas 8 fois par seconde. Avant les années 1970, la norme était de 18 000 battements par heure. Aujourd’hui, 21 600 est une valeur courante. Grand Seiko a atteint 36 000 en 1968, et l’El Primero de Zenith a suivi en 1969. Une fréquence plus élevée rend la marche plus stable face aux chocs et aux changements de position. Le prix à payer, c’est l’énergie. Avec le même balancier et la même amplitude, l’énergie du balancier croît comme le carré de la fréquence. Le ressort se vide donc plus vite, ou les pièces s’usent davantage. Changez de fréquence et comparez les chiffres ci-dessous.
Précis, mais à quel point ? Un chronomètre certifié doit afficher en moyenne entre −4 et +6 secondes par jour aux tests du COSC. C’est l’un des sept critères contrôlés sur le mouvement nu, pendant 15 jours, dans 5 positions et à 3 températures. Le METAS teste la montre complète, même après l’avoir exposée à un champ magnétique de 15 000 gauss. Il admet de 0 à +5 secondes par jour, ou de 0 à +6 pour un mouvement de cette taille. Pour le quartz, la limite du COSC est d’environ ±0,07 seconde par jour. Pourtant, en 2025, la Suisse a exporté 5,2 millions de montres mécaniques, qui ont représenté 86 % de la valeur de ses exportations horlogères.