Quand on parle d’horlogerie, on ne peut pas ne pas parler de montre à quartz. En effet, il faut s’imaginer que 3 montres sur 4 sur le marché sont des montres à quartz. Mais une montre à quartz, c’est quoi ? La montre à quartz est généralement présentée par opposition à la montre mécanique, dans le sens où elle puise son énergie d’une pile, ou d’une source d’énergie électrique. Pourquoi ne pas l’appeler « montre à pile » plutôt que « montre à quartz » ? Parce que le quartz est l’organe régulateur de la montre, à l’instar du balancier-spiral pour un mouvement mécanique.
Longines propose des montres mécaniques et à quartz. Cet article fait suite à mon premier article horloger sur le fonctionnement d’une montre mécanique. Je souhaitais démarrer le sujet en évoquant les différences entre montre mécanique et montre à quartz, mais force fut de constater qu’il était compliqué de tout condenser dans un seul et même article. C’est la raison pour laquelle je dédie un article au fonctionnement de la montre à quartz.
Bon, pour décrire cet élément, j’avais deux alternatives. Vous expliquer que la pile est un réservoir d’énergie électrique qui va fournir l’énergie nécessaire à la montre pour fonctionner en délivrant un courant électrique continue, et m’arrêter là, ou bien entrer un peu plus dans le détail et reprendre le principe de fonctionnement d’une pile. Je ne sais pas pour vous, mais pour ma part au lycée, nous avons fabriqué une pile en cours de chimie. Enfin, fabriquer une pile, c’est beaucoup dire. Pour la faire courte, et en me servant de l’illustration ci-dessus qui vous rappellera surement des souvenirs (pile de Daniell), lors d’une redox, on observe un transfert d’électrons d’une anode (ici l’électrode de Zinc) vers une cathode (ici l’électrode d’Argent). Et qui dit transfert d’électrons dit courant électrique ! Chaque électrode est plongée dans une solution ionique correspondant à son élément.
Sur l’illustration ci-dessus, le principe de la pile de Daniell est présenté avec les composants qui nous intéressent, à savoir le Zinc et l’Argent. Car les piles utilisées en horlogerie sont généralement des piles à l’oxyde d’Argent.
Au niveau de la cathode, donc de l’électrode d’Argent, se passe ce qu’on appelle une réduction : les ions Ag+ captent les électrons provenant du circuit extérieur et se transforment en Argent métal. Un dépôt d’Argent s’installe sur la cathode d’Argent.
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Au niveau de l’anode, donc de l’électrode de Zinc, il se passe une oxydation : Le Zinc cède des électrons au circuit extérieur et libère des ions Zn2+ en solution. L’anode de Zinc est consommée.
Entre les deux solutions, nous pouvons voir un élément en jaune appelé « Pont Salin ». Cet élément est également appelé « Electrolyte ». Dans le cas d’une pile à l’oxyde d’Argent, l’électrolyte est généralement une solution de potasse ou de soude.
Les piles que l’on trouve dans une montre à quartz se présentent comme sur la coupe transversale ci-dessus. De façon naturelle (ou chimique), il y a donc un transfert d’électron du pôle négatif vers le pôle positif de la pile. Les piles utilisées dans un mouvement horloger sont généralement des piles à l’oxyde d’argent comme je le disais plus haut. Ces piles ont une tension de 1,55 Volts. On peut constater son cycle de décharge sur l’illustration ci-dessus. Durant 60% à 80% de sa durée de vie, la pile va délivrer une tension relativement constante oscillant entre 1,55V et 1,40V. La plupart des mouvements seront fonctionnels jusqu’à une certaine limite de tension comprise entre 1,10V et 1,30V. Donc finalement, le rendement de la pile est plutôt intéressant. Lorsqu’elle arrive au bout de sa vie, sa tension chute de façon plus prononcée et la montre s’arrête.
La capacité d’une pile se mesure en mAH (miliAmpère/heure). Si je prends l’exemple d’un mouvement à quartz très connu et assez répandu sur le marché, le mouvement ETA 955.412. La pile correspondant à ce mouvement est la référence 371. En prenant au hasard, une marque Suisse allez, Renata, leur pile 371 est donnée avec une capacité nominale de 35 mAh.
35mAh / 0,0012mA = 29 166 heures (env.
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Le quartz et le circuit intégré sont liés car l’un sans l’autre, rien ne se passe. Le quartz est une espèce minérale du groupe des silicates, sous-groupe des… Nan, sérieusement, je ne vais pas entrer là-dedans. Dans mon explication du quartz, je vais mettre en lumière avant toute chose une de ses caractéristiques qui le rendent intéressant en horlogerie : la piézoélectricité.
Le quartz est un matériau piézoélectrique, c’est-à-dire que, soumis à un courant électrique, il va se mettre à osciller. Sa fréquence d’oscillation est si élevée, et sa déformation étant difficilement perceptible à l’œil nu, on dit souvent qu’il vibre.
Pourquoi ? Parce que dans cette configuration, le quartz oscille à une fréquence de 32 768 Hertz, soient 32 768 oscillations par seconde. C’est intéressant en horlogerie parce que 32 768 oscillations, c’est 215 Hertz, donc 215 x 1 Hertz. Le circuit intégré va pouvoir ramener cette fréquence à 1 Hertz en divisant la fréquence initiale du quartz par 215 par l’intermédiaire de portes logiques (a priori 15).
Et oui, moins glamour que dans une montre mécanique, ici, le cerveau du mouvement est un supercalculateur électronique : le Circuit Intégré. On voit rarement le circuit intégré d’un mouvement comme ceci. Il est généralement recouvert d’une résine qui le protège (pour éviter toute altération d’une piste ou d’un composant tout simplement).
Une partie du circuit est consacrée au quartz : elle comprend un amplificateur, des capacités de réglage et le quartz lui-même pour former ce qu’on appelle un oscillateur Pierce.
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Une seconde partie est composée de 15 étages (les fameuses portes logiques) permettant de diviser chacune par 2 la fréquence d’oscillation du quartz pour la ramener à 1Hz (fréquence de la seconde).
Une troisième partie est consacrée au moteur pas à pas, auquel le CI va envoyer des impulsions électriques qui seront transformées en impulsions électromagnétiques (nous y viendrons dans le point suivant).
Et évidemment une quatrième partie est reliée à la pile dont le courant va alimenter toutes les fonctions de la montre.
Il sera intéressant de parler des notions d’inhibitions ou d’asservissement, ou d’E.O.L., qui sont toutes des fonctions du Circuit Intégré.
Le moteur pas à pas, ou moteur Lavet du nom de son inventeur (1936 Marius Lavet) est un système permettant de transformer des impulsions électriques en mouvement angulaire. Posons d’abord la terminologie. Notre organe distributeur, ou moteur pas à pas, est constitué de 3 éléments :
Maintenant, voyons ensemble comment tout ce joli monde fonctionne.
Etape a : Aucun courant ne circule. Le logement dans lequel se trouve le rotor, que l’on appelle l’entrefer, dispose d’une géométrie particulière faisant tendre le rotor à se positionner au repos, à l’endroit où l’attraction est la plus forte (cf schéma ci-contre). Sur l’illustration ci-dessus, l’entrefer est schématisé de façon simplifié avec les petites encoches, néanmoins la position et la forme de ces encoches est déterminée de façon précise. Ce schéma ci-contre permet simplement de visualiser et comprendre la raison pour laquelle le rotor se positionne de biais au repos et ne garde pas sa position « sous tension ».
Etape b : Un courant circule dans la bobine, créant un champ magnétique entre les extrémités du stator. Ce dernier se polarise en fonction de la polarité de l’impulsion. Le rotor effectue une rotation d’angle α sous l’effet du magnétisme.
Etape c : L’impulsion de courant cesse. Le stator n’est plus aimanté et le rotor poursuit sa course jusqu’à la prochaine position de repos, en effectuant une rotation d’angle β.
A ce stade, nous avons notre premier « demi-tour » engendré par la somme des rotations d’angle α + β.
Etape d : Le courant circule à nouveau dans la bobine, mais avec une polarité inversée, créant un champ magnétique inverse entre les pôles du stator. Ce dernier se polarise donc à l’inverse de l’étape b. Le rotor effectue une rotation d’angle α sous l’effet du magnétisme.
Etape a bis : L’impulsion de courant cesse, le stator n’est plus aimanté et le rotor poursuit sa course jusqu’à sa prochaine position de repos en effectuant une rotation d’angle β, soit la même position qu’au point de départ (on est revenu à l’étape a).
Nous avons fait 2 demi-tours, notre rotor a effectué un tour complet et entrainé d’autant le rouage avec lequel il engrène.
Vous aurez certainement remarqué qu’il y a une alternance entre impulsion électrique positive et négative. C’est le principe du courant alternatif. La pile diffusant un courant continue, c’est le Circuit Intégré, qui, en sa qualité de cœur mais aussi de cerveau de la montre à quartz, va transformer le courant continue en courant alternatif, émettant des impulsions électriques successivement positives puis négatives.
Chaque impulsion électrique est très courte, et dure en général moins de 5 millisecondes.
En effet, pour la partie transmission et affichage, je ne vais pas m’étendre, dans la mesure où ces éléments ont déjà été abordé dans mon article sur le fonctionnement de la montre mécanique, et le principe est exactement le même. Sur cette illustration, notons que la plaque noire est la platine du mouvement. Je vais vous décrire l’enchainement du rouage élément par élément (en mentionnant les couleurs).
Le rotor (en rouge) fait un pas (180°), il fait avancer la roue intermédiaire (en bleu). La roue intermédiaire engrène avec le mobile de seconde (en jaune), et par le rapport de transmission de leur denture respective, fait avancer le mobile de seconde de 6° comme expliqué plus haut.
Notre mobile de seconde (en jaune) est donc entrainé par la roue intermédiaire (en bleu). Le mobile de seconde est traversant et son pivot dépasse de l’autre côté de la platine et accueillera l’aiguille des secondes.
Vous aurez peut-être remarqué qu’ici, le pivot du mobile de seconde n’entraine absolument rien. Il traverse une cheminée fixe qui est au centre de la platine. Ce pignon va entrainer la chaussée (en violet) qui est posée librement sur la cheminée au centre de la platine. Cette chaussée va porter l’aiguille des minutes.
Sur cette chaussée sera posée librement la roue des heures (en bleu turquoise) qui portera l’aiguille des heures. Cette roue des heures est entrainée par la roue de minuterie (en orange) qui est elle-même entrainée par la roue entraineuse de la chaussée (en violet).
En ce qui concerne la mise à l’heure, le principe est exactement le même que pour la montre mécanique. Ici, je vais vraiment vous renvoyer à l’article dédié, car même dans cet article je ne me suis pas étendu sur le sujet, car j’ai trouvé une illustration extrêmement bien faite qui permet de bien comprendre le fonctionnement.
Je vous ai parlé tout à l’heure de fonctions intégrées au Circuit Intégré. Ces fonctions sont des programmes électroniques enregistrés dans le cerveau du CI qui permettent au mouvement d’avoir un fonctionnement optimal. Je vais vous parler de 3 d’entre-elles qui me paraissent essentielles : l’inhibition, l’asservissement et l’E.O.L. Je ne vais pas forcément rentrer dans un détail de programmation électronique ici.
Lorsque je vous ai parlé de Quartz plus haut, je vous ai indiqué qu’en fonction de sa forme et de sa taille, ce dernier allait vibrer à une fréquence de 32 768 Hertz. Cette valeur est extrêmement précise, ce qui appelle à une extrême précision d’usinage. En fonction de la qualité de ce dernier, c’est-à-dire du cristal en lui-même, de la qualité de sa taille et de sa forme, il peut y avoir un léger différentiel entre la fréquence théorique recherchée de 32 768 Hertz et la fréquence effective du quartz, ce qui impacte la précision de la montre.
L’idée dans un système de réglage par inhibition est d’avoir un quartz qui vibre à une fréquence légèrement supérieure à la fréquence théorique. Par comparaison avec une horloge de précision, on détermine le delta entre les deux fréquences et cette donnée est enregistrée dans le module électronique de l’inhibition. Ce dernier va, à intervalle régulier (1 fois par minute en général) soustraire le nombre d’impulsions nécessaire et correspondant à ce delta.
Dans la pratique : mon quartz vibre à une fréquence légèrement plus haute que celle recherchée, interprétée par le CI de sorte que ce dernier donne des impulsions correspondantes à une précision de +3 sec/jour.
Le principe de l’asservissement repose sur deux notions. Sur le schéma ci-dessus, à gauche, on voit 2 impulsions successives. L’une de tension positive, l’autre de tension négative. Nous avons vu dans la partie sur le moteur pas à pas que le CI envoie des impulsions de tension alternative afin d’inverser la polarité du stator pour entrainer la rotation complète du rotor.
Le principe est le suivant : lorsque le rotor a réalisé son pas, il est entrainé dans sa course jusqu’à att...
Dans le cadre de cet article, nous ne comparons que la montre mécanique automatique avec la montre à quartz. Naturellement, il y a des avantages et des inconvénients à chaque type, selon votre point de vue.
Certaines personnes préfèrent l'idée de posséder une montre contenant des centaines de petites pièces mécaniques qui fonctionnent ensemble pour suivre le temps. Ils ne sont pas gênés par le fait que s'ils posent la montre pendant quelques jours ou une semaine, ils doivent remettre l'heure avant de la porter à nouveau. Pour beaucoup, cela fait partie de l'attrait d'une montre mécanique. À l'inverse, d'autres préfèrent une montre à quartz qu'ils ne règlent qu'une seule fois. Ils peuvent ne pas la porter au poignet pendant une semaine, voire un mois, sans avoir à la remettre à l'heure la prochaine fois qu'ils doivent la porter.
Une montre mécanique de haute qualité aura une durée de vie de plus de 100 ans, si elle est entretenue régulièrement. L'atelier du patrimoine de Longines est capable de réparer pratiquement toutes les montres mécaniques qui ont quitté l'usine, même si elles ont plus de 100 ans. Les montres à quartz sont plus jeunes dans l'histoire de l'horlogerie, mais elles peuvent durer très longtemps. Si nécessaire, elles peuvent être réparées tant que les circuits intégrés et les piles nécessaires sont disponibles.
Une montre à quartz est plus précise qu'une montre mécanique, en raison de la fréquence beaucoup plus élevée de son oscillateur.
L'un des aspects importants d'une montre automatique est que, comme une voiture, elle doit être entretenue. Ce mouvement contient des huiles et des lubrifiants qui peuvent s'assécher avec le temps. Il y a aussi des joints d'étanchéité qui pourraient avoir besoin d'être remplacés. Bien que les intervalles d'entretien puissent varier, Longines suggère que les montres automatiques soient entretenues tous les trois à cinq ans environ. Cela permettra à la montre de fonctionner correctement et de durer toute une vie, voire même pour les générations suivantes.
Avec une montre à quartz, il y a une pile qui doit finalement être remplacée. Selon la montre, la durée de vie de la pile interne peut aller d'un an à cinq ans.
En fin de compte, le type de montre que l'on préfère est vraiment un choix personnel, et la plupart des porteurs de montres achètent la montre qu'ils aiment, quel que soit le mouvement qu'elle contient. Pour cette raison, de nombreuses marques de montres proposent les deux types de mouvements.
| Caractéristique | Montre Mécanique | Montre à Quartz |
|---|---|---|
| Source d'énergie | Ressort de barillet | Pile |
| Précision | Moins précise | Plus précise |
| Entretien | Nécessite un entretien régulier | Remplacement de la pile |
| Durée de vie | Plus de 100 ans avec entretien | Longue durée de vie, réparable si les composants sont disponibles |
| Remise à l'heure | Nécessaire après quelques jours sans utilisation | Rarement nécessaire |
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