Sciences · Inventions et découvertes
L’horloge mécanique
L’horloge mécanique apparaît en Europe à la fin du XIIIe siècle grâce à l’échappement. Le pendule (1656), le quartz (1927) puis l’atome (1955) en ont multiplié la précision.
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Mesurer le temps, c’est compter un phénomène régulier : la course du Soleil, l’écoulement de l’eau, les oscillations d’un balancier, celles d’un cristal ou d’un atome. L'horloge mécanique, inventée dans l’Europe médiévale, a introduit l’idée d’heures égales, indépendantes des saisons, qui organise depuis la vie sociale et économique.
Avant l’horloge mécanique
| Instrument | Époque | Principe | Limite |
|---|---|---|---|
| cadran solaire | Égypte, IIe millénaire av. J.-C. | ombre d’un style | inutile la nuit et par temps couvert |
| clepsydre (horloge à eau) | Égypte, Babylone, Grèce | écoulement régulier de l’eau | gel, précision médiocre |
| sablier | Europe, XIVe s. | écoulement de sable | courtes durées |
| bougie graduée, encens | Chine, Europe médiévale | combustion | très approximatif |
Dans l’Antiquité et au Moyen Âge, on utilise des heures inégales : le jour et la nuit sont chacun divisés en douze heures, plus longues l’été le jour, plus courtes l’hiver.
L’invention de l’échappement
Le cœur de l’horloge mécanique est l'échappement : un mécanisme qui bloque et libère alternativement un rouage entraîné par un poids qui descend. Le premier modèle, l’échappement à verge et foliot, apparaît en Europe dans les dernières décennies du XIIIe siècle, sans inventeur connu, probablement dans les monastères ou les villes, pour sonner les offices et les heures.
En Chine, l’horloge astronomique de Su Song (1088), entraînée par l’eau, possédait déjà un échappement, mais elle est restée sans postérité.
Au XIVe siècle, les horloges publiques se multiplient sur les beffrois et les cathédrales. Elles ne possèdent souvent qu’une aiguille des heures et dérivent de plusieurs minutes, voire d’un quart d’heure, par jour. Vers 1500, le ressort moteur permet les premières horloges portatives et les montres.
La révolution du pendule
| Date | Étape |
|---|---|
| vers 1602 | Galilée étudie l’isochronisme des petites oscillations du pendule |
| 1656-1657 | Christiaan Huygens construit la première horloge à pendule : l’erreur tombe à environ 10 secondes par jour |
| 1675 | Huygens applique le ressort spiral au balancier des montres |
| 1761 | le chronomètre H4 de John Harrison permet de calculer la longitude en mer |
| XIXe s. | heure légale unifiée, puis fuseaux horaires (conférence de Washington, 1884) |
| 1927 | première horloge à quartz (Warren Marrison et Joseph Horton, laboratoires Bell) |
| 1955 | première horloge atomique à césium opérationnelle (Louis Essen et Jack Parry, Royaume-Uni) |
| 1967 | la seconde est redéfinie à partir de l’atome de césium 133 |
| 1969 | première montre à quartz commercialisée (Seiko Astron) |
Pourquoi le chronomètre de marine était-il si important ?
Pour connaître sa longitude, un navigateur compare l’heure locale (donnée par le Soleil) à l’heure d’un méridien de référence : une heure d’écart correspond à 15° de longitude. Il faut donc une horloge qui garde l’heure de référence pendant des mois malgré le roulis et les variations de température. Le H4 de Harrison y parvient avec une dérive de quelques secondes sur un voyage transatlantique.
Quartz et atome
Une horloge à quartz exploite la piézoélectricité : un petit cristal de quartz soumis à une tension vibre à fréquence très stable, 32 768 fois par seconde dans une montre. Sa précision est de l’ordre de quelques secondes par mois.
Une horloge atomique compte une fréquence propre aux atomes. Depuis 1967, la seconde du Système international est définie comme la durée de 9 192 631 770 périodes d’une radiation de l’atome de césium 133. Les meilleures horloges à césium dériveraient de moins d’une seconde en des dizaines de millions d’années ; les horloges optiques récentes font encore mieux. Elles sont indispensables au GPS, aux réseaux de télécommunications et aux marchés financiers.
Questions fréquentes
Qui a inventé l’horloge mécanique ?
L’inventeur est inconnu : l’horloge à échappement à verge et foliot apparaît en Europe à la fin du XIIIe siècle. Le pendule, qui la rend précise, est dû à Christiaan Huygens en 1656.
Quelle est la plus ancienne horloge encore en marche ?
On cite souvent l’horloge de la cathédrale de Salisbury, en Angleterre, datée de la fin du XIVe siècle, parmi les plus anciennes horloges mécaniques en état de fonctionnement.
Pourquoi une montre à quartz est-elle plus précise qu’une montre mécanique ?
Le cristal de quartz vibre des dizaines de milliers de fois par seconde, de manière très stable, alors que le balancier d’une montre mécanique oscille quelques fois par seconde et réagit davantage aux chocs, à la température et à la position.