L'histoire des horloges mécaniques

Pendant la plupart du Moyen-Âge, de 500 à 1500 après JC environ, les progrès technologiques étaient pratiquement au point mort en Europe. Les styles de cadrans solaires ont évolué, mais ils ne se sont pas éloignés des anciens principes égyptiens.

De simples cadrans solaires placés au-dessus des portes ont été utilisés pour identifier midi et quatre «marées» de la journée ensoleillée au Moyen Âge. Plusieurs types de cadrans solaires de poche étaient utilisés au 10e siècle - un modèle anglais a identifié les marées et a même compensé les changements saisonniers de l'altitude du soleil.

Du début au milieu du XIVe siècle, de grandes horloges mécaniques ont commencé à apparaître dans les tours de plusieurs villes italiennes. Il n'y a aucun enregistrement de modèles de travail précédant ces horloges publiques qui étaient guidés par le poids et régulés par des échappements à la verge et au feuillage. Les mécanismes de la verge et du foliot ont régné pendant plus de 300 ans avec des variations dans la forme du foliot, mais tous avaient le même problème fondamental: la période de

Une autre avancée est une invention de Peter Henlein, un serrurier allemand de Nuremberg, entre 1500 et 1510. Henlein a créé des horloges à ressort. Le remplacement des poids lourds des disques a entraîné des horloges et des montres plus petites et plus portables. Henlein surnommait ses horloges «œufs de Nuremberg».

Bien qu'ils ralentissent au fur et à mesure que le ressort se déroule, ils sont populaires parmi les riches en raison de leur taille et parce qu'ils peuvent être placés sur une étagère ou une table au lieu d'être suspendus à un mur. Ce furent les premières montres portables, mais elles n'avaient que des aiguilles des heures. Les minuscules aiguilles n'apparurent qu'en 1670, et les horloges n'avaient aucune protection en verre pendant cette période. Le verre placé sur le cadran d’une montre n’a vu le jour qu’au XVIIe siècle. Pourtant, les progrès de Henlein dans la conception ont été les précurseurs d'un chronométrage vraiment précis.

Christian Huygens, un scientifique néerlandais, a fabriqué la première horloge à pendule en 1656. Elle était régulée par un mécanisme avec une période d'oscillation "naturelle". Bien que Galilée est parfois crédité d'avoir inventé le pendule et il a étudié son mouvement dès 1582, sa conception pour une horloge n'a pas été construite avant sa mort. L'horloge à pendule de Huygens avait une erreur de moins d'une minute par jour, la première fois qu'une telle précision avait été atteinte. Ses améliorations ultérieures ont réduit les erreurs de son horloge à moins de 10 secondes par jour.

Huygens a développé le balancier et le ressort autour de 1675 et on le trouve toujours dans certaines montres-bracelets d'aujourd'hui. Cette amélioration a permis aux montres du XVIIe siècle de garder le temps à 10 minutes par jour.

William Clement a commencé à construire des horloges avec le nouvel échappement "ancre" ou "recul" Londres en 1671. Il s'agissait d'une amélioration substantielle par rapport à la verge, car elle interférait moins avec le mouvement du pendule.

En 1721, George Graham a amélioré la précision de l'horloge du pendule à une seconde par jour en compensant les changements de longueur du pendule dus aux variations de température. John Harrison, charpentier et horloger autodidacte, a affiné les techniques de compensation de température de Graham et ajouté de nouvelles méthodes pour réduire la friction. En 1761, il avait construit un chronomètre de marine avec le ressort et un échappement de balancier qui avait gagné le prix du gouvernement britannique de 1714 offert pour un moyen de déterminer la longitude à moins d'un demi degré. Il a gardé le temps à bord d'un navire roulant à environ un cinquième de seconde par jour, presque aussi bien qu'une horloge à pendule pourrait faire sur terre, et 10 fois mieux que nécessaire.

Au cours du siècle suivant, des améliorations ont conduit à l'horloge de Siegmund Riefler avec un pendule presque libre en 1889. Il atteignait une précision d'un centième de seconde par jour et devenait la norme dans de nombreux observatoires astronomiques.

Un véritable principe de pendule libre a été introduit par R. J. Rudd vers 1898, stimulant le développement de plusieurs horloges à pendule libre. L'un des plus célèbres, le W. H. Horloge courte, a été démontrée en 1921. L'horloge Shortt a presque immédiatement remplacé l'horloge de Riefler en tant que chronométreur suprême dans de nombreux observatoires. Cette horloge était composée de deux pendules, l'un esclave et l'autre maître. Le pendule esclave a donné au pendule maître les poussées douces dont il avait besoin pour maintenir son mouvement, et il a également entraîné les aiguilles de l'horloge. Cela a permis au maître pendule de rester exempt de tâches mécaniques qui pourraient perturber sa régularité.

Quartz Les horloges en cristal ont remplacé l'horloge Shortt comme standard dans les années 1930 et 1940, améliorant les performances de chronométrage bien au-delà de celles des échappements du balancier et du balancier.

Le fonctionnement de l'horloge à quartz est basé sur la propriété piézoélectrique des cristaux de quartz. Lorsqu'un champ électrique est appliqué au cristal, il change de forme. Il génère un champ électrique lorsqu'il est pressé ou plié. Lorsqu'elle est placée dans un circuit électronique approprié, cette interaction entre la contrainte mécanique et le champ électrique provoque la cristal pour vibrer et générer un signal électrique à fréquence constante qui peut être utilisé pour faire fonctionner une horloge électronique afficher.
Les horloges en cristal de quartz étaient meilleures car elles n'avaient ni engrenages ni échappements pour perturber leur fréquence régulière. Malgré cela, ils s'appuyaient sur une vibration mécanique dont la fréquence dépendait de manière critique de la taille et de la forme du cristal. Deux cristaux ne peuvent pas être exactement identiques avec exactement la même fréquence. Les horloges à quartz continuent de dominer le marché en nombre car leurs performances sont excellentes et peu coûteuses. Mais le chronométrage les performances des horloges à quartz ont été largement dépassées par les horloges atomiques.

Informations et illustrations fournies par le National Institute of Standards and Technology et le U.S.Department of Commerce.