Montre électrique

Dès le XIX^e siècle, des horlogers tentent d'intégrer l'énergie électrique à leurs créations. La première horloge à balancier électrique est créée en 1840 par l'inventeur écossais Alexander Bain[1]. L'Horloge de Shortt, présentée en 1921, utilise un balancier totalement libre (non relié à un mécanisme) et sous vide, dont l'entretien et la « lecture » sont électromécaniques. C'est le moyen de mesure du temps le plus précis pendant une vingtaine d'années, qui permet, notamment, de mesurer pour la première fois les variations de la vitesse de rotation de la Terre[2]. En 1934, les entreprises Lip et Ericsson s'associent pour commercialiser une pendulette de bureau, dont l'échappement mécanique est entretenu par un moteur électrique[3].

Les recherches visant à mettre au point une montre bracelet électrique commencent juste après la Seconde Guerre mondiale chez Elgin aux États-Unis et chez Lip en France, les deux entreprises coopérant pendant un temps sur le sujet. Elles impliquent une miniaturisation des éléments électriques, ainsi que le développement de nouvelles piles électriques capables de délivrer un courant très faible pendant plusieurs années. Une coopération avec l'industriel Leclanché est engagée concernant les piles[3].

Les montre électriques à balancier moteur, dont plusieurs variantes ont existé, conservent un organe régulateur similaire à celui d'une montre classique : un balancier attaché à un ressort spiral, oscillant à une fréquence de l'ordre de 5 hertz et dont le réglage s'effectue en modifiant la course du ressort spiral par le truchement d'une raquette. L'innovation réside dans l'entretien du mouvement du balancier par un électroaimant. Dans un mouvement mécanique classique, le balancier est régulateur : il limite le mouvement de la roue d'échappement. Dans un mouvement électrique, il est aussi moteur, entraînant tout le mécanisme. Il existe deux catégories de mécanismes de ce type, à bobine mobile ou fixe[4]^,[5].

À bobine fixe

Principe de fonctionnement d'une montre Lip R27 à bobine fixe.

La variante à bobine fixe est commercialisée en 1958 par Lip, avec le calibre R27. L'une des premières montres équipées de ce mouvement est offerte au général de Gaulle[10]. Le schéma à la droite présente les deux étapes du fonctionnement du balancier du mouvement R27. Dans le dessin de gauche, le circuit électrique est ouvert, et le balancier suit son mouvement, entraîné par le ressort spiral (non représenté). Dans le dessin de droite, pour une certaine position du balancier, la plaquette solidaire du balancier a déformé le fil de contact, fermant le circuit. Les deux bobines agissent alors comme des électroaimants. L'ensemble formé par le cœur magnétique et le balancier forment alors un circuit magnétique, et un couple est exercé sur le balancier, car il tend à se placer horizontalement pour maximiser le flux magnétique. Une diode permet d'éviter une décharge électrique trop violente lorsque le circuit se rouvre, l'inductance créant alors une surtension[11].

Le R27 a une consommation électrique élevée, au point de nécessiter deux piles, ce qui donne une forme inhabituelle au boîtier. Mais, dès 1960 apparaît un mouvement amélioré, le Lip R148, qui ne nécessite plus qu'une pile, et tient ainsi dans le format de 11 lignes et demi (soit un diamètre de 25,6 mm). Il a aussi une version avec dateur, le R184[3]. Ces mouvements sont installés dans une grande variété de montres chez Lip : une montre en or Marie Curie, hommage à la scientifique qui, un demi-siècle plus tôt, avait coopéré avec la manufacture française pour y introduire les peinture luminescentes au radium, des versions de la montre de plongée Nautic-ski, des montres à cadran transparent laissant voir le mouvement, etc[3].

• Montres à balancier moteur, à bobine fixe
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  Montre Lip équipée d'un mouvement R27
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  Mouvement R148 de Lip

Le premier mouvement électrique suisse est commercialisé en 1961 (Hamilton étant encore, à l'époque, une entreprise américaine) : c'est le Landeron 4750 de Ébauches SA. Si le principe de fonctionnement est le même, le mouvement est assez différent de ceux de Lip. Le solénoïde est quasiment circulaire, et le balancier possède une croix en matériau ferreux, et non un simple barreau. Ces mouvements sont utilisés par de nombreuses marques[12]. Dans certains cas, une batterie rechargeable est utilisée en remplacement d'une pile[13].

Citizen, au Japon, se lance à son tour dans cette technologie en 1966 avec la Citizen X-8. Ce modèle est surtout retenu pour avoir reçu, quelques années plus tard, un boîtier en titane, une première dans l'industrie[14].

• Montres à diapason
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  Montre Bulova Accutron
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  Son mouvement dans une Bulova 214
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  Accutron 2181. Noter le logo « diapason ».
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  Principe d'une montre à diapason
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  Mouvement à diapason Citizen

La Bulova Accutron (contraction de accuracy et electronic) utilise une technologie très différente. Son inventeur est l'ingénieur Max Hetzel, employé par la division suisse de l'entreprise américaine Bulova. En 1952, sa direction lui demande son opinion sur les montres électriques à balancier que Lip, notamment, est en train de développer. Il estime que, leur organe régulateur restant à peu près identique à celui d'une montre classique, elles n'apportent pas de gain considérable en matière de précision[18]. À l'époque, la précision reste l'argument de vente principal des entreprises d'horlogerie, qui s'affrontent annuellement dans des concours de chronométrie, organisés dans les observatoires, le mouvement des étoiles servant de références[19]^,[20].

L'organe régulateur (et moteur) que Max Hetzel conçoit en réponse n'est pas un balancier, mais un petit diapason d'une longueur de 3 mm, dont la fréquence est fixée à 360 Hertz. Le mouvement du diapason est entretenu par deux électroaimants, qui créent une force sur les deux aimants permanents situés au bout des branches du diapason. Un petit cliquet solidaire du diapason vient, à chaque vibration de celui-ci, faire avancer d'une dent la roue d'échappement. Cette roue compte 300 dents, elle effectue donc 1,2 rotation complète par seconde. C'était, pour l'époque, un mécanisme à très haute fréquence, remarquable dans l'histoire de la micromécanique et un des premiers micro-actuateurs électromagnétiques produit en masse[21]. Le facteur de qualité de cet oscillateur est de l'ordre de 3 000, dix fois meilleur que celui d'un balancier, c'est la clé de la précision améliorée de ces mouvements[3]. La dérive quotidienne de ce mouvement est de seulement quelques secondes[18].

Dans les années 1960, Bulova coopère avec la NASA dans le cadre du programme Apollo : si les montres que les astronautes ont au poignet sont des Omega, le mouvement à diapason de l'Accutron est utilisé comme source de mesure du temps dans différents instruments à bord du module lunaire[22].

Ébauches SA commercialise en 1969 un mouvement fonctionnant sur le même principe (ayant acheté la licence des brevets à Bulova), avec un diapason à 300 Hertz, le 9162[23], dont est dérivée une version chronographe, le 9210[24]. Plusieurs marques suisses feront usage de ces mouvements, notamment Eterna, Longines, Omega, Tissot[25]. Bulova vendra aussi des licences de sa technologie à Universal Genève et Citizen.

Un mouvement à diapason plus évolué est mis sur le marché par Omega en 1972. La Omega 1220 Megasonic a, elle aussi, été mis au point par Max Hetzel, débauché entre-temps. La fréquence est doublée à 720 Hz. De plus, le contact mécanique avec la roue d'échappement est supprimé, un petit système à base d'aimants assure son entraînement par le diapason, sans usure mécanique[26].

Les montres à diapason présentent deux caractéristiques très reconnaissables. L'une est le mouvement de l'aiguille des secondes qui est, visuellement, parfaitement continu, au lieu d'avancer par fraction de secondes (selon la fréquence du balancier) sur les montres purement mécaniques. L'autre est leur son : au lieu du tic-tac usuel d'un échappement, elles émettent un bourdonnement sourd, perceptible en collant la montre sur l'oreille. Le slogan « the watch that hums » (« La montre qui bourdonne ») est d'ailleurs utilisé dans la commercialisation de la Bulova Accutron aux États-Unis[27].

Bien que perçues, à leur sortie, comme très novatrices, les montres électriques n'ont connu qu'un bref succès. Avant même la Seconde Guerre mondiale, l'utilisation d'un cristal de quartz comme oscillateur piézoélectrique offrant une référence extrêmement précise commence à être explorée en laboratoire. Au Japon, Seiko crée en 1959 une équipe de recherche pour développer cette technologie, et un chronographe portatif à quartz est mis au point juste à temps pour être utilisé pendant les Jeux olympiques d'été de 1964 à Tokyo[18].

En 1969, Seiko commercialise la première montre-bracelet à quartz (la Seiko Astron), avec une légère avance sur les nombreux concurrents qui travaillent sur cette technologie. Elle marque un saut à la fois en termes de précision et de réduction des coûts, rendant les mouvements électriques obsolètes et bouleversant toute l'industrie[18]. Ainsi, Lip présente son prototype de montre à quartz, nommé Exachron, en 1972, et abandonne tout développement sur les montres électromécaniques, qui disparaissent du catalogue graduellement pendant les années suivantes. Il en va de même chez tous les concurrents[3].