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COMMENT FONCTIONNE UNE HORLOGE À BALANCIER

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Nous connaissons tous le fameux tic-tac des horloges, la sonnerie pour chaque heure et le son pour le carillon. Ce son est devenu familier même si la plupart des horloges murales modernes sont silencieuses. Il y a quelques temps, presque toutes les horloges et montres faisaient ce même bruit de tic-tac à cause du fait qu’elles soient plutôt mécaniques qu'électriques ou électroniques (horloge mécanique).

En ce temps, on devait remonter son horloge à l'aide d'une clé (remontage), au lieu de l’alimenter par une pile. Il y avait une longue tige oscillante à l'intérieur de l’horloge en question. Cette tige est appelée pendule et elle faisait en sorte que les engrenages/rouages tournoyants affichaient la bonne heure. Dans cet article, nous allons vous parler du fonctionnement de ces belles horloges à pendule à l'ancienne.

 

Qu'est-ce qu'un pendule ?

Un pendule est une tige qui est suspendue verticalement à l’extrémité supérieure de l’horloge (ou un poids appelé un bob suspendu à une corde). Elle vacille de gauche à droite  grâce à la force de gravité. Le scientifique italien Galileo Galilei (Galilée) (1564-1642) a découvert l'astuce d'un pendule : le principe est qu’il lui faut toujours le même temps pour faire un swing complet. Théoriquement, la seule chose qui affecte la vitesse d’oscillation d’un pendule est sa longueur et la force de gravité. C’est le mécanisme d’horloge classique.

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Comment le pendule a été inventé ?

Galilée l'a tout de suite compris et bien qu'il n'ait jamais réussi à construire une horloge pendule complète, il s'en est approché. C’est au Hollandais Christiaan Huygens (1629-1695) que revient le mérite d’avoir terminé ce travail dans les années 1650.

 

L’horloge de Galilée

C’est un modèle en métal du XIXème siècle, inspiré d'une horloge pendulaire que Galilée n'a pu achever avant son décès. C’est le premier pendule à appliquer le principe de la maîtrise de la vitesse de l'horloge par le pendule. Le fameux physicien avait découvert que la période d'oscillation du pendule n'était pas liée à l'amplitude de l'arc de l'oscillation. C’est ce qui donnait au pendule un réel potentiel de chronométrage. Malheureusement, juste avant la fin de la construction du pendule, Galilée décédait. L'inventeur Hollandais Christiaan Huygens a repris son œuvre et construisit la première horloge à pendule en 1656 à la Haye. Cette invention a rencontré un grand succès.

Pendant la révolution scientifique du XVIIème siècle, l'invention du pendule a apporté à l’horlogerie, l'avancée la plus fondamentale dans l'histoire des instruments de mesure du temps.

Depuis son invention jusqu'aux années 1930, l'horloge à pendule a été le garde-temps le plus précis du monde. Pour fonctionner correctement, les horloges à balancier comme les horloges comtoises devaient être stationnaires et installées de niveau. Tout mouvement ou accélération affectait le mouvement du pendule. Ce qui causait une perte ou un gain de vitesse et de battement de ce dernier. Les pendules anciennes ou comtoises (horloges anciennes) sont désormais conservées pour leur valeur décorative et antique, en général.

Horloge coucou - La Maison des horloges

 

L’horloge de Huygens

Le modèle a été réalisé d'après le premier récit et illustration publiés concernant l'horloge pendulaire de Huygens. Huygens savait que la période du pendule dépendait entre autres de l'arc à travers lequel il oscillait. Dans ses premières inventions, il a tenté de corriger cela en utilisant des courbes "joues" afin de modifier le chemin du balancier bob.

Dans cette horloge, il a choisi une approche alternative afin de réduire le balancement du pendule en introduisant un engrenage supplémentaire au-delà de l'échappement. L’année suivante, il a repris l'utilisation des joues ; il avait réussi à calculer leur forme correcte. Ses premières horloges étaient à ressort et incorporaient un dispositif pour maintenir la force motrice sur l'horloge pendant qu'elle est enroulée.

Ce dispositif est devenu important lorsque l'horloge pendulaire a augmenté en précision. Le cadran principal possède une aiguille pour indiquer les heures et une aiguille qui tourne une fois toutes les cinq minutes. Cette dernière indique les secondes sur le bord extérieur du cadran. Quant à l'aiguille des minutes du cadran auxiliaire, elle tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.

 

Comment fonctionne un pendule ?

Un pendule fonctionne en convertissant l'énergie d'avant en arrière (comme un tour de montagnes russes). Quand le bob est le plus haut (le plus éloigné du sol), son énergie stockée est à son maximum (énergie potentielle). En accélérant vers son point le plus bas (son point médian, le plus proche du sol), cette énergie est convertie en énergie cinétique (énergie du mouvement).

Lorsque le bob oscille d'avant en arrière, il passe toujours de l'énergie potentielle à l'énergie cinétique. Un objet possédant ce mécanisme est appelé un oscillateur harmonique et son mouvement est un exemple de mouvement harmonique simple (tout comme le mécanise d’une horloge comtoise).

Horloge à pendule - La Maison des horloges

 

Oscillation de l’horloge ancienne (à balancier)

Sans frottement ou traînée (résistance à l'air), un pendule continuerait toujours à bouger indéfiniment. En réalité, chaque balancement fait que la friction et la traînée prennent un peu plus d'énergie au pendule. Ce dernier s'arrête alors progressivement.

Mais même si le pendule ralentit, il garde le temps. Son mouvement est régulé car il lui faut exactement le même temps pour balancer. Cette habileté pratique (techniquement appelée isochronisme, qui signifie simplement "autant de temps") rend un pendule très pratique et utile pour le chronométrage.

 

Oscillation pendule

L'introduction du pendule a permis de faire passer la précision des horloges d'une perte de temps de 15 minutes par jour à 15 secondes par jour. Les horloges à pendule ont peu à peu remplacé les anciens modèles d'horloges.

 

L'Histoire des horloges à pendule

Les premières horloges à pendule présentaient de larges oscillations pouvant aller jusqu'à 100° grâce à leurs échappements. Dans son analyse de 1673, Huygens a montré que de grandes oscillations pouvaient rendre le pendule encore plus imprécis. Les horlogers se sont alors rendu compte que seuls les pendules à petites oscillations de quelques degrés sont isochrones. Ils ont ainsi motivé l'invention de l'échappement à ancre vers 1670.

Cette conception a réduit le balancement du pendule à 4° au lieu de 6°. En plus d'une plus grande précision, cela a permis au boîtier de l'horloge de s'adapter à des pendules plus longs et plus lents. Ces pendules nécessitaient moins de puissance et causaient moins d'usure sur le mouvement.

Le pendule des secondes (pendule royal) a été largement utilisé. Chaque oscillation dure une seconde, soit environ un mètre de long. Les horloges longues et étroites construites avec ces pendules, furent nommées d'horloges à grand boîtier. Plus tard, ces horloges furent appelées horloges de grand-père (sorte d’ancienne horloge ou horloge vintage). La précision accrue des horloges grâce à ces développements a fait en sorte que l'aiguille des minutes a été ajoutée au cadran de l'horloge vers 1690.

 

L'échappement à ancre

L'échappement à ancre dans les horloges régulatrices de précision, inventé par Richard Towneley en 1675 et popularisé par George Graham vers 1715, remplace progressivement son précédent. Il est d’ailleurs toujours utilisé dans la plupart des pendules modernes (pendule murale, pendule à coucou, etc.).

En été, à cause des changements de température, on observait un ralentissement de l'horloge pendulaire à cause de la dilatation et la contraction thermiques de la tige du pendule. C’était une source d'erreur importante. Ce ralentissement a été résolu grâce à l'invention des pendules à compensation thermique : le pendule à mercure de George Graham en 1721 et le pendule à grillage de John Harrison en 1726.

Le procédé est le suivant : en mettant des flacons de mercure à la base du pendule, le mercure se dilate ou se contracte pour "compenser" les différences de température. Ceci rend le pendule plus précis. Vers le milieu des années 1700, les pendules de précision atteignaient des précisions d’une perte de quelques secondes par semaine.

 

L’horloge à régulateur

Des horloges pendulaires plus précises, appelées régulateurs, étaient installées dans les lieux publics comme les gares, et servaient à programmer les heures de travail ainsi qu’à régler d'autres horloges.

Pendant plus de 270 années, les horloges à pendule sont restées la référence mondiale en matière de chronométrage précis. Elles ont été utilisées comme étalons dans les années 1940 jusqu'à l'invention de l'horloge à mouvement quartz en 1927.

 

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Bonjour, je suis Isabelle

Passionnée de décoration depuis de longues années, j'ai fondée La Maison des Horloges pour permettre à chacun d'en connaître un peu plus sur ses objets magnifiques qui décorent nos maisons depuis des siècles. Vous trouverez également dans ces articles mes conseils déco qui, je l'espère, vous aideront à trouver l'horloge qui sera la plus adaptée à votre style et votre décoration intérieure !

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