- Présentation
- De l'année à la seconde
- Les techniques
- Annexes
L'arrivée du quartz sur le marché de l'horlogerie, va chambouler complètement ce milieu, tant du point de vue technologique qu'économique. Nous détaillerons dans cette page l'apparition du quartz en général, puis dans l'horlogerie ensuite.
La fin du XIX siècle voit le développement de grandes théories et de grandes inventions. Nous pouvons d'ailleurs citer parmi ces disciplines néophytes l'apparition du télégraphe (1844), entre 1876 et 1893 travaux d'Heaviside sur la transmission et dans cette même période, Bell met au point les premiers systèmes de transmission de voix sur ligne électrique. Cette période voit également le début de la radioactivité, la découverte de l'électron en 1897. Bref l'homme va d'une part explorer dans le plus en plus petit et d'autre part découvrir l'importance de la fréquence (ou plutôt des hautes fréquences). C'est pourquoi, il est nécessaire de trouver un outil permettant de mesurer le temps à une échelle plus réduite. En effet, si ceci n'est pas réalisé alors l'homme ne pourra dire si ce phénomène existe, puisqu'il ne peut en mesurer la durée. Le quartz, nous le verrons ci-dessous permettra de répondre à tous cela aidé d'ailleurs par cette conjoncture favorable au développement de celui-ci.
C'est en 1880 grâce aux frères Pierre et Jacques Curie que l'effet piézoélectrique est mis en évidence, en regroupant leurs connaissances sur la structure de matière et la pyroélectricité. Ces phénomènes, ont été mis en évidence sur plusieurs matériaux dont le quartz. Ce dernier a l'avantage de se synthétiser par autoclave et donc est plus susceptible de s'imposer dans le monde industriel, sans pour autant épuiser les ressources naturelles même si elles sont abondantes. Avec la première guerre mondiale, la piézo-électricité se développe, et voit enfin quelques applications pratique notamment dans les ultrasons, puisque le domaine fréquentiel des ultrasons commence à 20 000Hz.. En 1918, le premier oscillateur électronique stabilisé, par un cristal de quartz voit le jour, permettant ainsi l'apparition du premier sonar à oscillateur à quartz. Il faudra attendre la seconde guerre mondiale pour avoir une réelle démocratisation de l'oscillateur à quartz avec la fabrication aux Etats-Unis de 50 millions résonateurs à quartz. A l'heure actuelle, la production annuelle mondiale est de 2 Milliards.
Seulement quelques types de cristaux ou de céramiques anisotropes possèdent les propriétés permettant la naissance de l’effet piézo-électrique. La piézo-électricité se caractérise par l’effet direct ou l’effet inverse. L’effet direct traduit la capacité des matériaux évoqués précédemment à donner naissance à un champ électrique lorsque celui-ci est soumis à une contrainte. L’effet inverse lui caractérise la capacité de ces cristaux ou céramiques à modifier les dimensions des cristaux sous l’influence d’un champ électrique. Ce n’est qu’une fois couplé avec des phénomènes de résonances intrinsèques aux matériaux utilisés que l’effet piézoélectrique devient exploitable.
Les propriétés vibratoires du quartz sont notamment définies par la coupe de celui-ci, par ses dimensions et par sa forme. On distingue alors trois types de résonateurs : tout d’abord les barreaux vibrant en flexion. Ensuite viennent les diapasons en U et enfin les plaques généralement circulaires vibrant en cisaillement.
En effet, le quartz n'est pas le seul minéral a posséder des propriétés piézoélectrique, et pourtant il est le seul minéral à être utiliser autant dans le monde de l'horlogerie. Il se trouve que le quartz, possède une stabilité et une précision remarquable. En effet, utilisé dans de bonnes conditions, le quartz à une stabilité de 1 seconde sur 10 ou 20 ans. De plus, de par sa fréquence standard de 32768 Hz (dans sa coupe la plus standard -en réalité dépend aussi de la pression et de la température-), permet d'explorer de nouveaux domaines tels les les ultra-sons comme nous l'avons évoqué précédemment.
La première horloge à quartz a été conçu en 1927 dans les laboratoires de la société Bell, et elle obtînt un succès assez franc puisque alors les scientifiques, pouvaient posséder un outil d'une précision bien meilleur que celle des horloges à pendule utilisées généralement dans les laboratoires à cette époque. Cependant l'application du quartz à la montre a nécessité bien d'autres technologies. Il faut donc attendre la naissance d'autres composants telles que les bascules D et les portes inverseuse, pour permettre à l'oscillateur à quartz d'être utile pour les montres à bracelet. En outre, il faudra attendre les années 60 pour voir le développement des technologies MOS et CMOS et ainsi les premières portes inverseuse et les premières bascules. Ainsi, après avoir laissé mûrir et miniaturiser toutes ces technologies, le quartz peut enfin se marier avec la montre à bracelet. Cela se fait à la fin des années 60 avec en 1968, la première montre à quartz analogique et en 1970, la montre à quartz numérique avec diode électroluminescente.
En électronique le quartz permet de cadencer les processeurs et ainsi de synchroniser et de séquencer correctement les opérations et les transmissions de données. En électronique, les quartz atteignent des fréquences de l'ordre de plusieurs de Gigahertz. Il peut peut-être même atteindre des fréquences plus élevées, mais les composants mis en jeu ne présentent plus de performances acceptables à ces fréquences. Vous l'aurez donc devinez, le quartz est actuellement l'horloge de tous systèmes informatique ou électronique.
Malgré l'adoption rapide du quartz par un très grand nombre de manufacturiers d'horlogerie, nous pouvons constater depuis quelques années le retour du mouvement mécanique synonyme de qualité et d'authenticité pour les constructeurs.
2008 Romain Lepaul, Ghislain Poncet, Vincent Rognon. INSA Strasbourg promotion MIQ2009.