horloge

Machine qui sert à marquer et à sonner les heures. On étend cette appellation à tout procédé qui permet de partager la journée (un jour et une nuit) en un nombre variable de parties égales : 2, 4, 6, 7, 12, 24, à partir d’une origine. L’horloge mesure les heures : c’est un horomètre.

Principe de fonctionnement

Dans toute horloge existe un organe qui découpe le temps et un autre dispositif qui compte les intervalles découpés, afin qu’ils puissent être affichés sur un cadran. L’organe qui découpe le temps est le résonateur ; le rythme auquel il oscille est sa fréquence. La seule condition à remplir pour obtenir une mesure correcte est que les oscillations soient isochrones. Le mouvement des aiguilles sur le cadran est produit par un rouage mis en mouvement par un moteur, qui est un poids ou un ressort. Dans le rouage, l’une des roues dentées est liée directement au moteur ; la dernière a son mouvement réglé par les oscillations du résonateur que constitue le pendule régulateur. L’organe qui relie le rouage au résonateur s’appelle échappement. Il a le double rôle de faire avancer la dernière roue du rouage d’une dent à chaque demi-oscillation du pendule et de restituer en même temps au pendule l’énergie dissipée par diverses causes d’amortissement (frottements, variations de température et de pression atmosphérique, vibrations du sol), de façon à maintenir son amplitude constante. Du point de vue strictement technique, une horloge se compose de trois éléments :
— un résonateur, dont les oscillations ou vibrations sont isochrones ;
— un moteur, qui, actionné soit par la pesanteur, soit par la force de détente d’un ressort, ou encore par l’électricité, fournit de l’énergie au résonateur et donne le mouvement à l’organe d’affichage (aiguilles, cadrans, quantième à guichet) ;
— un échappement, qui maintient le rouage immobile, ne le laissant échapper qu’aux instants prescrits par le résonateur. Les diverses solutions ingénieuses au problème de l’échappement permettent d’atteindre dès le xviii^e s. cette précision, qui fait donner alors aux horloges les noms de grands régulateurs et de garde-temps.

À côté des horloges mécaniques traditionnelles est née en 1840 une horlogerie électrique grâce aux travaux d’Alexander Bain (1810-1877), de sir Charles Wheatstone (1802-1875) et de Matthaüs Hipp (1813-1893). L’horloge électrique est munie de contacts tels qu’elle produit dans un circuit un courant électrique de faible durée se répétant, par exemple, toutes les secondes. Le contact est commandé par le pendule lui-même. Le courant établi par le pendule à chaque oscillation est utilisé à l’entretien du mouvement pendulaire : on réalise ainsi des horloges électriques dans lesquelles l’échappement est supprimé. Les horloges électriques bénéficient des découvertes de la lampe triode en 1906 par Lee De Forest (1873-1961), du transistor en 1948 par John Bardeen (né en 1908) et Walter Houser Brattain (né en 1902), et du micromodule IBM en avril 1964. Mécaniques ou électriques, les horloges les plus précises mesurent des intervalles de temps de l’ordre de la seconde ou du dixième de seconde. Si l’on veut partager la seconde en fractions plus petites, il faut employer des oscillateurs à plus courte période. Ce sont les oscillateurs à quartz, dont le cristal vibre 8 192 fois par seconde, et des résonateurs atomiques, dispositifs dont les indications atteignent un ordre de précision de 1.10^–11 seconde : ce qui correspond à une variation d’une seconde en trois mille ans. Les garde-temps atomiques fournissent des repères de fréquence extraordinairement précis, permettant de rectifier les indications des horloges à moteurs synchrones alimentées par des vibrateurs à quartz piézo-électrique ; ils ne constituent pas des instruments de mesure du temps à lecture directe, mais ils fournissent la période étalon.