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horloge

(latin horologium, du grec hôrologion, de hôra, heure, et legein, dire)

Appareil horaire fixe, de grandes dimensions, possédant un dispositif d'indication de l'heure sur un cadran, et souvent un dispositif de sonnerie des heures et des demi-heures. (→ comtoise.)

Il est difficile de dater avec précision l'apparition de l'horlogerie mécanique : c'est en 996 que le moine Gerbert d'Aurillac, futur pape Sylvestre II, aurait inventé l'horloge à poids, à moins que ce ne soit Guillaume de Hirschau en 1091, à Cluny, ou encore d'anonymes Italiens du xive s. Il est certain que les premiers essais d'horloges mécaniques – elles étaient constituées d'une corde enroulée sur un tambour et lestée d'un objet pesant – ne donnèrent pas de résultats probants, car le mouvement du poids doit se faire à vitesse constante. Des horloges mécaniques seront construites et installées dans des clochers un peu avant l'an 1300, mais leur fonctionnement posa sans doute de nombreux problèmes.

Une invention déterminante : le foliot

Il fallait associer au simple treuil des premières horloges un dispositif régulateur du mouvement, l'échappement. Ce n'est qu'au début du xive s. qu'apparaîtra le premier régulateur, le foliot, dont l'histoire de la mise au point est encore totalement inconnue. On sait seulement que le physicien et astronome italien Giovanni Dondi construisit, de 1344 à 1350, une horloge à poids et foliot pour la ville de Padoue. Le principe en est simple : il s'agit d'arrêter le mouvement du mécanisme pendant un laps de temps très court et à intervalles réguliers, de sorte que sa vitesse moyenne soit suffisamment ralentie, et surtout constante.

Dans une horloge de ce type, le foliot est lancé à droite et à gauche par une roue dentée, la roue de rencontre – entraînée par un poids –, qui agit sur deux palettes portées par l'axe du système, la verge. Lorsqu'une de ces palettes est en appui contre une dent de la roue de rencontre, elle arrête son mouvement ainsi que celui de l'ensemble du mécanisme, mais elle est repoussée par la dent en sens inverse, qui est alors libérée ; à son tour, l'autre palette entre en contact avec une dent diamétralement opposée et immobilise la roue. Le processus, qui se répète ainsi, régulé par le mouvement de rotation alternatif de la verge et du foliot, dépend des frottements de l'axe dans ses pivots et de l'inertie du foliot. Des masselottes, ou régules, peuvent être déplacées aux extrémités de ce dernier afin d'ajuster le mouvement de l'ensemble.

Cependant, la maîtrise approximative des différents paramètres et l'état d'imperfection du dispositif ne permettaient pas d'obtenir un mouvement précis : le battement étant d'autant plus rapide que le poids est lourd, le foliot fonctionnait plus comme un ralentisseur de la chute du poids que comme un régulateur. Néanmoins, il est toujours considéré comme une invention de génie, car c'est le premier mécanisme d'échappement de l'histoire de l'horlogerie.

Ces premières horloges mécaniques sont surveillées en permanence par un « horlogeur », chargé de remonter les poids, de chauffer l'huile en hiver, et de les remettre à l'heure solaire du lieu à l'aide de clepsydres et de cadrans solaires. Le cadran, apparu vers la fin du xve s., ne possède qu'une aiguille – cette indication est largement suffisante, compte tenu de la précision de ces instruments. L'aiguille des minutes n'apparaîtra qu'à la fin du xviie s.

Prémices de l'industrie horlogère

Au début installées uniquement dans les clochers et les beffrois, les horloges se répandent vers la fin du xve s. dans les châteaux et les demeures bourgeoises : plus fiables et plus petites, elles n'ont plus besoin d'un serveur permanent.

Les horlogers du Moyen Âge sont tout à la fois des astronomes, des astrologues, des forgerons, des serruriers et des armuriers. La recherche d'une précision toujours meilleure de leurs horloges les conduit à inventer les premières machines-outils, qui seront ensuite utilisées en armurerie, en serrurerie et dans l'industrie textile : les tours à fileter, les machines à fraiser et à tailler les roues dentées apparaissent au xvie s. À cette époque, il n'y avait dans l'ensemble de l'Europe qu'une centaine d'horlogers ; à partir de 1550 les premières corporations voient le jour, qui ne regroupent qu'une quinzaine de spécialités.

L'horlogerie est alors une activité de pointe qui va bientôt donner naissance à une véritable industrie. Les fabriques horlogères vont se concentrer dans les régions où le commerce est actif et où existent des ressources en matières premières : l'Angleterre, l'Allemagne (Forêt-Noire) ou l'Italie du Nord, puis dans des cités comme Blois – François Ier fait installer un atelier d'horlogerie dans son château –, Paris, Genève, Amsterdam et Londres.

Horloge atomique

Une horloge moléculaire ou atomique est une horloge de haute précision fonctionnant à partir de molécules d'ammoniac, d'atomes de césium, de rubidium, d'hydrogène, dont les vibrations servent d'étalon de temps.

Un atome isolé peut absorber ou émettre des signaux électromagnétiques dont la fréquence, quantifiée, est uniquement définie par les interactions fondamentales entre le noyau et les électrons. Comme ces interactions fondamentales sont supposées être invariantes au cours du temps, les fréquences de résonance atomiques sont intrinsèquement stables. Un ou plusieurs atomes de même espèce peuvent dès lors constituer une référence de fréquence (ou de période) et donc une référence de temps.

Depuis 1967, une résonance de l'atome de césium définit l'unité de temps, la seconde.

Dans une horloge atomique, la résonance des atomes est excitée par un signal électromagnétique fourni par un oscillateur externe (oscillateur à quartz, laser…). Soumis à ce signal, l'atome peut absorber un photon, avec une probabilité qui dépend de l'écart entre la fréquence du signal et la fréquence de résonance atomique. La probabilité devient maximale lorsque les deux fréquences coïncident. Comme il est relativement facile de mesurer la proportion d'atomes ayant absorbé un photon, on obtient une information qui représente l'écart entre les deux fréquences. Cette information est alors utilisée pour corriger la fréquence de l'oscillateur et la maintenir constamment égale à la fréquence de résonance atomique. L'oscillateur externe fournit dès lors un signal périodique ultrastable qui peut définir une référence de temps. En 2005, les meilleures horloges atomiques, les fontaines atomiques à césium de l'Observatoire de Paris, atteignent une exactitude de 6.10−16 en valeur relative, soit une erreur de 1 seconde en 50 millions d'années.