Échappement (horlogerie)

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Un échappement à ancre, en haut de l'image

En horlogerie, l'échappement est un mécanisme généralement placé entre la source d'énergie (ressort, poids, etc.) et l'organe réglant. L'échappement a pour but d'entretenir et de compter les oscillations du pendule d'une horloge ou du balancier d'une montre.^[1]

Il permet de transmettre les informations de temps d'un dispositif régulateur (balancier) au dispositif à réguler (les aiguilles d'une montre, par exemple), et à alimenter le dispositif régulateur en énergie.

[modifier] Historique

L'échappement le plus anciennement utilisé pour mesurer le temps est celui dit à foliot et roue de recul, qui fut utilisé sur la plus ancienne horloge mécanique connue du monde occidental, celle du prieuré de Dunstable, datée de 1283. Le principe de fonctionnement est simple : devant une roue dentée à denture frontale (dont les dents sont orientées comme celles d'une scie à cloche, et de même forme), un arbre d'axe perpendiculaire (vertical) porte une règle orthogonale où coulissent des masses de réglage d'inertie (foliot) et deux palettes décalées appuyant à tour de rôle sur une dent de la roue. Quand la roue entraîne la palette supérieure, l'inférieure n'est pas engrenée et le foliot est entraîné en rotation dans un sens, quand la dent échappe, la palette inférieure est intercalée entre deux dents et permet une rotation qui, par un choc transmet une impulsion et entraîne une rotation du foliot dans l'autre sens. Le choc n'est pas suffisant pour arrêter le mouvement et après celui-ci le roue commence par être entraînée à l'envers, elle recule devant l'inertie du foliot. Les différents organes ajoutés au dispositif (réglage du moment d'inertie du foliot par des masses mobiles, réglage du jeu en déplaçant le pivot inférieur du foliot), n'ont pas permis de dépasser une régularité meilleure qu'une heure par jour. Il faut attendre Huygens pour qu'on remplace le volant d'inertie par un pendule. Les premiers mécanismes dissipent beaucoup d'énergie, et le pendule a une course importante et assez variable pour que le problème des variations de marche en résultant soit compensé : c'est encore Huygens qui résout (en 1694) le problème théorique de la trajectoire isochrone : le pendule doit décrire un arc de cyloïde pour que sa période ne dépende pas de l'amplitude. Huygens rajoute des joues à la suspension à ficelle de son régulateur pour approcher cette trajectoire idéale (la cycloïde est une développante de cycloïde, il aurait fallu idéalement des joues cycloïdales, à courbure infinie au voisinage du point de rebroussement, mais cette partie de la courbe n'a pas besoin d'une correction précise, car étant très courte elle ne représente qu'une faible part du temps d'oscillation). La principale amélioration viendra d'Angleterre : George Graham invente le mécanisme à ancre, encore utilisé sur nombre d'horloges du dix neuvième siècle, illustré ci-dessus. Le principe est de ne faire agir la force motrice que par impulsion lorsque le régulateur passe au voisinage de sa position d'équilibre : le reste de sa course, le balancier oscille presque librement et sa course en est ainsi beaucoup plus régulière. Ce nouveau mécanisme permet en outre de diminuer l'amplitude de la course, rendant inutile la correction cycloïdale. Après de nombreuses améliorations, le principal progrès vient encore d'Angleterre : Thomas Mudge sépare l'ancre du pendule pour créer l'ancre libre. Le mécanisme est très intéressant pour les oscillateurs à balanciers circulaires : l'ancre est portée par un levier fourchu, le balancier porte un ergot qui au repos est en équilibre au milieu de la fourche. Dans son mouvement d'oscillation, l'ergot engrène avec la fourche au moment où l'échappement agit : le balancier reçoit l'impulsion d'échappement, puis libère le balancier qui continue librement sa course sans subir le frottement passif de l'ancre, qui était alors la principale cause d'irrégularité de mouvement des mécanismes à moteur à ressort. Les dispositifs utilisant ce principe seront nombreux, et étonnamment ingénieux. Le problème à résoudre était de taille, car la navigation demandait des chronomètres précis, et l'habileté des créateurs était fortement aiguillonnée par de belles récompenses et un prestige considérable.