- Présentation
- De l'année à la seconde
- Les techniques
- Annexes
Au XVieme siècle, l'horologerie est devenue le seul moyen utilisé pour renseigner de l'heure. Cependant, la technologie utilisée ne s'avère pas encore assez précise pour donner la minute. Elle accuse même parfois un retard d'une heure par jour. Le commerce et les interêts des états va pousser le monde scientifique à s'interresser de plus près à la mesure du temps afin d'accroître sa précision.
On peut dès lors se demander quels sont les enjeux d'une telle recherche de la précision ? C'est ce à quoi nous allons nous intéresser ici.
Les 3 siècles suivants apportent son lot de scientifiques connus et reconnus encore aujourd'hui. Cette époque est également celle de nombreux théoriciens surtout en mécanique. Ceux-ci , dans leurs études ne pouvaient plus se contenter d'observer les phénomènes mais il fût question de les mesurer, parfois avec précision pour conclure à la viabilité d'une théorie. On rappellera que les scientifiques n'étaient pas nécéssairement bien considérés à l'époque et que leurs résultats devaient être irréfutable par eux-même, la communauté scientifique et la communauté religieuse qui voyait d'un mauvais oeil qu'on s'intérresse à ce que leur Dieu avait façonné.
Galilée est un des premiers à s'être intérressé à ce problème de mesure pour ses expériences sur différents phénomènes et également confronté au monde religieux bien qu'il ait du se retracté pour éviter la mort.
La légende raconte même que Galilée aurait experimenté sa théorie sur la chute des corps dans le vide du haut de la tour de Pise tout en lancant divers objet et mesurant leurs temps de chute. C'est donc certainement avant cette dite expérience qu'il s'intéressa de près à une façon précise de mesurer le temps. Galilée, qui vers 1610 connaissait le pendule pesant, explique dans son ouvrage Discorsi traitant de la chute des corps (une boule en bronze roulant dans une rainure lisse et polie sur un plan incliné) : Quant à la mesure du temps, nous la fîmes à l'aide d'un grand seau plein d'eau d'où sortait, par un fin tuyau soudé sur le fond, un mince filet d'eau reçu dans un petit verre durant tout le temps de la descente de la boule. Les quantités d'eau recueillies étaient pesées chaque fois sur une balance très exacte donnant par la différence et proportion de leurs poids la différence et proportion des temps.
Il a donc réalisé une étude sur les pendules, entre autres, et conclua sur sa théorie bien connue: Deux corps de masse identique tombent à la même vitesse, donc dans un même laps de temps. On imagine aisément quel importance a eu la mesure du temps dans ce genre d'expérience. Il essaya ensuite de réaliser une chronomètre qui lui permettrait une meilleure précision qu'à l'époque. On retrouva d'ailleurs quelques plans temoignant de ses études mais celui-ci ne déboucha probablement que sur un modèle personnel et Galilée et son fils n'ont pas pu mettre en pratique cette invention au service de l'horlogerie.
La contribution de Galilée au processus de mesure du temps n'est donc pas physique mais bien théorique. Nous verrons par la suite que le vrai instigateur des avancés en matière de précision sont l'oeuvre du néerlandais, Christiaan Huygens. Cependant les travaux de Galilée ne sont pas à négliger et celui-ci a montré la voie à beaucoup qui l'ont suivi.
Cette époque fut marqué par la conquête des mers et la latitude est alors mesurée par rapport au temps de navigation contrairement à la longitude qui est mesurée par rapport aux étoiles avec un sextant.
Heureusement pour l'horlogerie, le commerce des épices et d'autres denrées importées coûtent cher, et affreter un navire pour aller chercher ses vivres demande une masse d'argent considérable. Il ne faut donc pas que celui se perde en pleine mer ou qu'il s'échoue. On notera aussi l'apparition des combats en mer et donc de flottes complètes capablent de savoir où elles se trouvent de façon régulière.
C'est dans ce contexte historique que de nombreux commercants et gourvenements vont lancer des concours avec des primes immenses à qui saura concevoir une horloge précise. La précision est alors devenue acceptable sur terre mais l'océan ajoute une difficultée supplémentaire, puisque les mouvements aléatoires interviennent dans les mouvements de l'horloge et faussent complétement la mesure.
Le néerlandais Christiaan Huygens s'aperçoit très tôt de l'erreur commise par Galilée dans sa théorie et aura une approche différente de mesurer le temps. En effet, Huygens se dit que pour mesurer une unité aussi petite soit elle, il fallait tenter de mesurer encore plus petit afin d'arriver à son but, contrairement à Galilée qui avait choisi de "diviser" une année en plusieurs parties de temps. On distingue donc pour la première fois mesure absolue et mesure relative par rapport à l'année solaire. Huygens élimine dès lors un bon nombre d'inconnus à savoir le mouvement des planètes ainsi que leurs interractions, insignifiantes en soi mais parfois non négligeable sur une année.
c'est ainsi qu'en 1658, a 29 ans, Huygens produit son premier prototype d'horloge à pendule où justement il s'apercevra que les mouvements cosmiques ne peuvent pas être negligés. La conquête des mers introduira également le problème de la gravité inégalement répartie sur terre. Du fait de l'utilisation de pendules pesants, celle-ci à son importance et celle-ci pose problème. Ceci prend un temps considérable, puisqu'il faudra que Huygens observe son prototype une année entière pour conclure à ces variations.
Ceci débouchera sur une étude poussée sur les pendules et la rectification de la théorie du pendule de Galilée. L'isochronisme d'un pendule, dont Galilée avait fait l'hypothèse, n'est maintenu que si les oscillations sont assez petites, ou du moins, on peut negliger certains paramètres dans le modèle mathématique. La trajectoire circulaire du pendule n'est pas viable.
Dès lors, Huygens va s'employer à la recherche de la courbe idéale, il supposera en premier lieu que celle-ci soit un parabole, mais il arrivera par la suite, empiriquement, à la conclusion que celle-ci doit être une cycloïde. Il ne parviendra d'ailleurs pas à le montrer mathématiquement et c'est des années plus tard que l'on arrivera à mettre une équation sur ce fait.
Malgré cette contribution énorme, Huygens n'en resta pas là. Les problèmes de gravité variable ainsi que les perturbations dues aux mouvements océaniques vont le poursser à aller plus loin. Il va créer un gravité "artificielle" et remplacer le pendule par un ressort. La piste avait déja été explorée mais la tension du ressort variant, le problème était trop complexe a résoudre. Huygens introduira donc le ressort à spirale dans l'horlogerie en 1665 qui permettra de réaliser des horloges portatives.
D'autres grand scientifiques après Huygens vont s'intérresser à l'horlogerie. On trouvera des modèles d'horloge de Leibniz en 1675 ainsi que de Hooke à la même période. Le problème de l'horlogerie en mer sera, quant à lui, définitvement résolu par Berthoud au XVIIIe avec la proposition de ses modèles.
En 1671, on introduira les engrenages dans le système échappement plus pendule afin d'avoir une interface lisible. C'est la création de l'horloge mécanique telle qu'on peut la connnaître encore aujourd'hui. On remonte un poids qui permet de fournir l'energie nécessaire pour compenser les pertes de l'amortissement du pendule.
2008 Romain Lepaul, Ghislain Poncet, Vincent Rognon. INSA Strasbourg promotion MIQ2009.