La montre à quartz n’est pas arrivée comme ça. Cela a explosé.
Au début des années 1970, il ne s’agissait pas seulement d’une montre. C’était le gadget high-tech le plus récent de la planète. Ces premiers modèles étaient des articles de luxe. Ils coûtent environ 500 dollars aux États-Unis. Ils comportaient des écrans LED rouges qui brillaient dans le noir. Aujourd’hui, le paysage est complètement différent.
Les prix se sont effondrés. Vous pouvez désormais trouver gratuitement des montres à quartz dans les boîtes de céréales. La technologie qui signalait autrefois le statut est devenue omniprésente. Nous voyons du quartz rose, la belle variété rose, dans des rouleaux de beauté et des cristaux bon marché au supermarché. Mais derrière ce changement esthétique se cache un changement fondamental dans la façon dont nous mesurons le temps.
Qu’est-ce qu’une montre à quartz ?
À la base, une montre à quartz utilise un cristal de quartz pour réguler l’heure. Ceci est différent des montres mécaniques à remontage qui ont dominé pendant des siècles.
La montre mécanique est une merveille d’ingénierie. Son développement a commencé à la fin du XIVe siècle. Les innovations au fil des années ont rendu ces appareils plus fins, plus fiables et finalement à remontage automatique. Ils restent des prouesses impressionnantes de la mécanique miniature.
Les montres à remontage traditionnelles s’appuient sur un ensemble spécifique de composants qui existent depuis des centaines d’années :
- Un ressort moteur pour fournir de la puissance
- Un balancier oscillant pour établir la base de temps
- Aiguilles pour afficher l’heure
- Un cadran énuméré
- Engrenages pour transférer l’énergie du ressort aux mains
Découvrez le fonctionnement des horloges à pendule pour comprendre le contexte plus large du chronométrage mécanique. Ces systèmes sont lents. Ils cochent. Ils sont soumis au frottement et à la gravité.
La transition du diapason
À la fin des années 1960, l’industrie cherchait à se moderniser. Bulova a fait le premier pas. Ils se sont éloignés du balancier traditionnel.
Au lieu de cela, ils ont utilisé un oscillateur à transistor avec un diapason. Cette montre n’a pas fonctionné. Ça bourdonnait. Il fonctionnait à des centaines de hertz. C’est des cycles par seconde. C’était beaucoup plus rapide que les échappements mécaniques.
Le diapason a remplacé le balancier et le ressort. C’était un résonateur mono-matériau. Cela réduit la friction et améliore la stabilité. La batterie a remplacé le ressort de remontage. Cela a supprimé le besoin de remontage manuel.
Les rouages et les roues convertissaient encore le mouvement mécanique du diapason en mouvement manuel. Mais le mécanisme de synchronisation de base avait changé. Elle était essentiellement électronique, même si les aiguilles étaient toujours mécaniques.
La prochaine étape logique
Les horlogers de la fin des années 1960 ont reconnu une limite. Le diapason était bon. Mais les circuits intégrés faisaient leur apparition. C’étaient très nouveaux. Leurs prix baissaient rapidement. Le nombre de transistors dans ces circuits augmentait de façon exponentielle.
Il y avait une voie claire à suivre. L’étape suivante nécessitait un élément de synchronisation encore plus stable qu’un diapason. Cela nécessitait également un circuit intégré consommant très peu d’énergie. Pourquoi? Parce que la montre fonctionnait avec une petite batterie interne. De grosses batteries ruineraient le design élégant.
Les LED étaient également nouvelles. Ils ont proposé une alternative à l’affichage numérique aux aiguilles. L’industrie devait résoudre deux problèmes simultanément. Ils avaient besoin d’un nouvel élément de timing. Ils avaient besoin d’une électronique à très faible consommation.
La solution résidait dans une propriété matérielle. Piézo-électricité.
La puissance de la piézoélectricité
Choisir le bon élément de timing n’a pas été difficile. Le quartz est des milliers de fois meilleur qu’un diapason pour garder l’heure. Ces cristaux existaient depuis des années. Le véritable défi consistait à trouver une technologie de circuit intégré capable de fonctionner avec une consommation suffisamment faible.
Le quartz est partout. Il donne des fréquences précises aux émetteurs radio, aux récepteurs et aux ordinateurs. Cette précision vient d’un heureux ensemble de coïncidences physiques. Le dioxyde de silicium, qui est essentiellement du sable, reste cristallin pendant des centaines de degrés. Il ignore la plupart des solvants.
La magie opère lorsque vous le pressez. L’effet piézoélectrique fait que le quartz génère une charge ou une tension à sa surface lorsqu’il est comprimé. Mettez-y une tension et il se plie. Juste légèrement.
Imaginez une cloche faite d’un monocristal de quartz. Appuyez dessus et il sonne pendant quelques minutes. Presque aucune énergie n’est perdue. Le taux d’oscillation ne change pas avec la température. Vous pouvez détecter cette tension de surface avec des électrodes. Amplifiez-le. Remettez-le. Le cristal continue de sonner.
Vous pourriez fabriquer une cloche en quartz. Ce n’est cependant pas idéal. Trop d’énergie s’échappe dans l’air. Une barre droite ou un disque fonctionnent mieux. Une barre conserve sa fréquence tant que le rapport longueur/largeur est maintenu.
Les montres modernes utilisent de minuscules barres ou des formes de diapason. Ils sont souvent constitués de fines feuilles de quartz. Plaquez-les comme un circuit intégré. Gravez-les chimiquement pour les façonner.
32 kilohertz est la fréquence standard pour les montres. C’est petit. Les fréquences plus élevées nécessitent plus de puissance. Les premiers horlogers ont dépensé des millions pour essayer de faire passer les circuits intégrés de 1 à 2 MHz générés par les cristaux de disque.
Un bon chronométrage dépend de la précision initiale de la fréquence. L’angle de coupe par rapport à l’axe cristallin est important. Il en va de même pour la quantité de contamination qui pénètre à l’intérieur de la montre.
L’électronique amplifie le bruit à la fréquence du cristal. Cela se transforme en oscillation. La sortie de l’oscillateur se convertit en impulsions pour les circuits numériques. Ou, s’il y a des aiguilles, les diviseurs créent des impulsions d’une seconde. Un petit moteur entraîne les engrenages.
La précision rencontre l’abordabilité
Les montres à quartz ont changé l’industrie. Ils allient précision, durabilité et prix abordable. Les montres mécaniques ne peuvent rivaliser avec la régularité des oscillations du quartz.
La puissance de la batterie signifie moins de pièces mobiles. Cela augmente la fiabilité. La maintenance diminue considérablement.
L’horlogerie a toujours aimé l’innovation. Le quartz allie attrait traditionnel et efficacité moderne. À mesure que la technologie évolue, ces garde-temps restent un témoignage de cet esprit.
À propos de l’auteur
Douglas Dwyer a fondé Frequency Precision Ltd. Il est consultant pour l’industrie électronique. Il travaille dans le contrôle des fréquences depuis le milieu des années 1960. Il a écrit sur les oscillateurs à cristal, les versions à compensation de température et les modèles contrôlés par four. Les oscillateurs à ondes acoustiques de surface constituent un autre domaine de son expertise. Les technologies de fabrication industrielle font également partie de son travail. Il s’intéresse à l’histoire des horloges depuis qu’il conçoit des montres à quartz.
