De plus, comme indiqué dans le document FR2054540, en réduisant la pression régnant à l'intérieur d'une boîte de montre, la perte d'énergie due au frottement de l'air tend vers zéro et de ce fait le facteur de qualité de l'oscillateur du mouvement horloger augmente considérablement. Par « vide » ou « atmosphère protégée » ou « atmosphère à basse pression » ici on entend une pression généralement basse par rapport à la pression atmosphérique, avec ou sans un gaz ajouté qui est maintenue à l'intérieur d'une boîte qui a été optimisée pour conserver cette pression basse.

Un mouvement selon FR2054540 est conçu en fonction du vide poussé dans lequel fonctionne son oscillateur, et il est incapable de fonctionner correctement à la pression atmosphérique normale du fait de la grande différence entre la pression atmosphérique et sa pression de fonctionnement prévue qui est de l'ordre de 1/10 à 1/100000 mmHg. En conséquence, le mouvement de cette montre est entièrement conçu en fonction du vide poussé dans lequel fonctionne son oscillateur. Pourtant, la conception d'un mouvement dans une atmosphère à basse pression protégée et contrôlée constitue une tâche complexe, peu commode, et peu efficace, et le document FR2054540 ne donne aucune indication concernant comment cela peut être accompli.

Le but de la présente invention est un procédé permettant d'adapter (voire de redimensionner et/ou de reconstruire dans une certaine mesure) un mouvement horloger mécanique destiné à fonctionner à la pression atmosphérique ambiante à un fonctionnement dans une atmosphère protégée à basse pression comprise entre 0,1 mbar et 200 mbar d'une manière pratique, efficace, calculée et optimale.

L'invention s'applique de préférence à un mouvement horloger purement mécanique comprenant au moins un barillet, un organe réglant en forme de balancier spiral, un échappement entretenant les oscillations du balancier spiral, et un rouage de finissage transmettant la force motrice du barillet à l'échappement. Elle s'applique plus particulièrement à une ligne de mouvements du même calibre comprenant des composants équivalents. Elle est notamment applicable à l'adaptation d'un mouvement originellement conçu pour fonctionner à la pression atmosphérique.

Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes.

1. mesurer le facteur de qualité du mouvement à la pression atmosphérique,

2. mesurer le facteur de qualité du mouvement à une pression basse prédéterminée correspondant à la pression de fonctionnement prévue pour le mouvement, typiquement à une pression comprise entre 0,1 et 200 mbar,

3. calculer le gain énergétique entre les deux mesures,

4. adapter le dimensionnement du mouvement en fonction de ce gain énergétique notamment en modifiant au moins un des éléments suivants du mouvement: le rapport de réduction du rouage de finissage, le couple du barillet, l'encombrement du barillet, et l'inertie du balancier.

De préférence, on mesure le facteur de qualité à une pluralité de pressions basses afin d'obtenir une évolution de ce dernier en fonction de la pression, et par la suite on choisit la pression basse de fonctionnement ce qui donne un gain énergétique particulier. La première étape du procédé d'adaptation d'un mouvement d'horlogerie classique fonctionnant à pression atmosphérique ambiante pour son fonctionnement dans une atmosphère à basse pression consiste à mesurer le facteur de qualité du mouvement d'horlogerie mécanique fonctionnant à la pression atmosphérique par une méthode classique. De préférence, le facteur de qualité est mesuré directement, mais alternativement il peut être mesuré indirectement, par exemple en mesurant l'amplitude du balancier et en calculant par la suite le facteur de qualité.

La seconde étape du procédé consiste à placer le mouvement d'horlogerie mécanique sous une atmosphère à une basse pression prédéterminée typiquement comprise entre 0, 1 et 200 mbar correspondant à la pression de fonctionnement du mouvement puis à en mesurer le facteur de qualité. Dans cette étape, il est plus difficile de mesurer le facteur de qualité directement et alors il peut être privilégié de le faire indirectement, du moins en partie.

Pour mesurer le facteur de qualité indirectement on peut mettre l'intégralité du mouvement dans le vide et mesurer, de manière acoustique ou optique, le gain d'amplitude du balancier du mouvement en fonction de la pression. Cette méthode à l'avantage d'être rapide car on peut descendre en pression par palier successifs et prendre une mesure à chaque palier. Elle a l'inconvénient de ne pas donner directement la valeur du facteur de qualité (on le déduit par calcul) qui sera ensuite utilisé pour dimensionner et adapter le mouvement.

Le diagramme suivant donne un exemple de mesure de l'évolution de l'amplitude du balancier en fonction de la pression interne de la montre.

Pour réaliser cette mesure, on peut également mettre le mouvement sans le système d'entretien de l'amplitude (on retire l'ancre de l'échappement) dans le vide et mesurer de manière optique la perte d'amplitude du balancier en fonction du temps.

Cette mesure directe est plus compliquée à mettre en œuvre pour plusieurs raisons :

Il faut donner une impulsion nécessaire pour "lancer" le balancier à grande amplitude (supérieur à 350°).

Si cette opération est relativement simple à l'air libre elle devient plus compliquée lorsque le mouvement est dans une enceinte sous vide.

Selon la solution technique qui a été choisie, qui n'est pas la seule possible, on préarme le balancier à l'angle de, par exemple, 350° et on le bloque dans cette position. On met ensuite le mouvement sous vide à la pression voulue, on relâche le balancier et on mesure de manière optique l'évolution de l'amplitude du balancier en fonction du temps. Dans le cas où il en existe un sur le mouvement testé, on peut utiliser le système de stop balancier (en position mise à l'heure) pour bloquer le balancier à 350°. Pour libérer le balancier pour la mesure, il suffit alors de repousser la tige.

Pour chaque mesure on est obligé de retourner à pression atmosphérique pour réarmer le balancier.

Cette mesure est plus précise mais plus fastidieuse à réaliser. Il est préférable de réaliser d'abord la première mesure, pour "cibler" les secondes.

Le diagramme suivant illustre un exemple de mesure du facteur de qualité (à 280° d'amplitude du balancier) en fonction de la pression selon cet exemple.

Pression interne en bar

On voit à partir de ces mesures que la plage de pression intéressante pour le gain de performance énergétique du mouvement se situe surtout entre 5 mbar et 0.1 mbar, en tout cas de préférence en dessous de 200 mbar.

De préférence, on reste pour la pression de fonctionnement du mouvement dans la plage de 5 mbar et 0.1 mbar même si le facteur de qualité augmente pour des pressions plus basses. En effet, de descendre en dessous d'une pression de 0.1 mbar va amener d'autre problèmes, tel que dégazage des huiles (si mouvement lubrifié), maintien de l'étanchéité sur longue durée extrêmement complexe (voir impossible si non entretenue), augmentation critique du plat pendu (les pertes par frottement sec du balancier deviennent prédominantes et donc la différence d'amplitude entres les positions horizontale et verticale augmente).

La troisième étape du procédé d'adaptation du mouvement consiste à calculer le gain du facteur de qualité entre le fonctionnement à pression atmosphérique et le fonctionnement à pression réduite prédéterminée du mouvement.

Le facteur de qualité est donné par la formule

2 π ^χ Ε

AE =

FQ

soit si E = 2 x 7t ² x f ² x l _ba i x par exemple

Où :

FQ : facteur de qualité

f : fréquence du balancier

Ibai : inertie du balancier

Θ : amplitude du balancier

ΔΕ : énergie perdue par oscillation du balancier.

Dans une variante on pourrait considérer que 1 9

E =— x K spiral x Θ où K = raideur du spiral.

Selon cet exemple, si pour un mouvement donné le facteur de qualité à la pression atmosphérique est de 300, il peut passer à 450 lorsqu'il fonctionne sous pression réduite. La perte énergétique par oscillation du balancier passe de 100 microJ à 70 microJ, ce qui représente un gain de 30% pour une amplitude de fonctionnement du balancier de 280°, une fréquence de 4Hz et une inertie du balancier de 0,63 g. mm ² .

La quatrième étape du procédé consiste à adapter le dimensionnement du mouvement en fonction du gain énergétique obtenu notamment en modifiant un ou plusieurs des éléments suivants du mouvement :

- rapport de réduction du rouage de finissage,

- couple du barillet,

- encombrement du barillet,

- inertie du balancier.

Cette adaptation du dimensionnement du mouvement se fait en fonction des performances ou qualités du mouvement que l'on veut privilégier comme par exemple :

- augmentation de la réserve de marche,

- diminution de l'encombrement,

- augmentation de la précision de la montre.

On peut par exemple, une fois le gain d'énergie quantifié, redimensionner le train de rouages de finissage afin d'augmenter la réserve de marche.

Selon cet exemple, l'énergie nécessaire à l'entretien du balancier à 280° d'amplitude passe de 100microJ à 70microJ. On va donc pouvoir réduire le couple qui arrive a l'échappement proportionnellement à ce gain. La proportionnalité suppose que le rendement de l'échappement reste constant. Il est possible, par simulation par exemple, de calculer le couple nécessaire à l'échappement si on ne veut pas faire l'approximation constante.

Le couple arrivant à l'échappement peut donc être réduit de 30%

En conservant les mêmes barillets on va augmenter de 30% le rapport de réduction du rouage de finissage. Le barillet va donc tourner 30% moins vite, on va donc voir la réserve de marche augmenter de 30%.

Bien entendu, l'augmentation du rapport de réduction se fait en amont de la déviation de la partie aiguille pour conserver la même vitesse de rotation des aiguilles.

On peut également en conservant les mêmes rouages, diminuer de 30% le couple des barillets tout en conservant leurs dimensions dans cet exemple. Pour diminuer le couple on va réduire l'épaisseur du ressort, donc dans le même encombrement de barillet on va augmenter leur nombre de tour de développement.

En passant le couple de 2.65 Nmm à 1.876Nmm, on obtient une lame d'épaisseur 0.0685mm à la place de 0.082mm (pour une hauteur de 0.74mm et une longueur de 370mm). En conservant le même rapport (rayon de bonde par épaisseur), on passe d'un nombre de tours de développement de 9.6 tours à 12.5 tours par barillet, soit un gain en nombre de tours de 30% et un gain en réserve de marche de 30%.

Une autre possibilité d'exploitation de ce gain d'énergie est la réduction de l'encombrement du mouvement et en particulier celui du ou des barillets, en conservant la même réserve de marche.

De la même manière que ci-dessus on peut réduire de 30% le couple à l'échappement selon cet exemple. Cependant dans ce cas on réduit le couple du ou des barillets.

On réduit donc le couple des barillets de 30% (en conservant le même nombre de tours de dévidement). La solution la plus simple pour diminuer le couple du ressort de barillet de 30% est de réduire la hauteur du ressort de 30% (en effet le couple fourni est proportionnel à la hauteur du ressort). On peut bien entendu redimensionner complètement un nouveau ressort.

La diminution de 30% de la hauteur de la lame du ressort ne conduit pas directement à une diminution de 30% de la hauteur du barillet.

On a donc un gain d'encombrement qui n'est pas proportionnel au gain d'énergie.

Pour la réduction du couple, on a joué sur la diminution de hauteur du ressort. On aurait très bien pu jouer sur d'autres dimensions afin de mieux optimiser le gain en encombrement.

Une autre possibilité est l'augmentation de l'inertie du balancier pour conserver la même perte d'énergie par oscillation. La précision de la montre est en effet liée à l'inertie du balancier, en particulier sa résistance aux perturbations extérieures.

La liste ci-dessus des adaptations possibles ne se veut bien entendu pas exhaustive, en particulier on peut très bien réaliser une solution mixte de tout ou partie des solutions décrites.

Pour les différents calculs réalisés les inventeurs sont partis sur un rendement constant des rouages et de l'échappement. C'est une première approximation assez proche de la réalité. On peut bien sûr compléter ces calculs en tenant compte de l'évolution des rendements des différentes parties de la montre en fonction des différents changements effectué (augmentation du rapport de réduction, du couple ou des dimensions des barillets).

Le fait de connaître le gain en énergie du mouvement entre son fonctionnement à pression atmosphérique et son fonctionnement à une pression réduite prédéterminée de fonctionnement permet de simplifier grandement l'adaptation du mouvement pour son fonctionnement sous pression réduite.

Ce procédé pour l'adaptation d'un calibre prévu pour un fonctionnement à pression atmosphérique à son fonctionnement à pression réduite peut aussi être utilisé, comme informations de base, pour la reconstruction d'un nouveau calibre ou mouvement destiné à fonctionner sous pression réduite.

A titre d'exemple, en prenant les résultats mesurés sur un mouvement manufacture traditionnel on passe d'un facteur de qualité moyen de 300 à pression atmosphérique à un facteur de qualité de 450 à pression réduite. Le facteur de qualité se calculant par la formule :

AE devant rester constant, on peut montrer que si pour ce mouvement traditionnel : Ibal vaut 6.3mgcm2 ; f=4Hz ; soit pour une amplitude de 290° et un facteur de qualité de 300 on a DeltaE = 106 nanojoules, et

pour une amplitude de 290° et un facteur de qualité de 450 on a DeltaE = 71 nanojoules

Le balancier a donc besoin de 30% d'énergie en moins pour fonctionner à la même amplitude.

Ce gain d'énergie peut être utilisé pour augmenter la réserve de marche en augmentant le rapport de réduction entre le/les barillets et l'échappement.

Démarche de modification :

Couple nécessaire à l'échappement avant/après :

DeltaE = (rendement échappement) x (couple échappement) / (nombre de dents échappement)

Le nombre de dents de la roue d'échappement étant 20 dans cet exemple, d'où le couple à l'échappement va passer d'environs 900 microN à 600microN (en considérant que le rendement de l'échappement reste constant à 38%). On peut aussi retrouver les couples nécessaires à l'échappement par simulation numérique afin de prendre en compte la variation de rendement.

Il faut donc réduire le couple à l'échappement de 30%.

On va réduire ce couple en augmentant le rapport de réduction entre les barillets et la roue d'échappement de 30%.

Le rapport de réduction de ce mouvement traditionnel, est de 2135. Il faut donc le faire passer à 2775. On peut augmenter le rapport de réduction sur un des trains de rouage comme par exemple entre le barillet et la grande moyenne (en passant d'un rapport de 100/19 en traditionnel à 130/19 en adaptation),

II faut bien vérifier que la modification du train de rouages ne vienne pas perturber les vitesses des aiguilles, ou autrement dans ce cas, il faudra modifier également le train de rouages entre le rouage de finissage et les aiguilles).

Avantage :

Cette adaptation à plusieurs avantages :

Elle permet tout d'abord d'augmenter la réserve de marche de 30% (puisque les barillets tournent 30% moins vite) en ne changeant que le nombre de dents d'un train de rouage.

Les modifications sont mineurs (deux nouvelles pièces seulement, un pignon et une roue)

Cette méthode permet d'avoir rapidement un mouvement adapté au fonctionnement sous vide sans avoir besoin de reconstruire complètement un mouvement. Une autre méthode pour réduire le couple à l'échappement de 30% consiste à réduire le couple fourni par les barillets de 30%.

Le couple des barillets étant directement proportionnels à la hauteur du ressort de barillet, une manière simple de diminuer le couple est de réduire la hauteur du ressort de 30% et donc de réduire la hauteur du barillet de 30%. Ainsi, si le mouvement considéré a pour hauteur de ressort de barillet 1.5mm, on va pouvoir passer à une hauteur de ressort de 1.15mm soit gagner 0.35mm sur la hauteur du barillet.

Pour que cette adaptation soit privilégiée il faut que la hauteur du

mouvement soit réduite et donc que la hauteur du mouvement soit limitée par la hauteur des barillets. De ce point de vue, elle amène plus de changement que l'adaptation précédente (fabrication d'un nouveau barillet, ressort, platine et pont...) il faut donc que le gain de l'adaptation soit plus intéressant qu'une reconstruction importante du mouvement. Cette application est donc, par exemple, plus indiquée dans le cas d'une montre avec un "gros" barillet, dans une grande complication par exemple.

Les avantages d'une adaptation selon l'invention à une reconstruction importante sont que le gain du vide peut varier sensiblement si on modifie l'oscillateur du mouvement ou l'entourage de cet oscillateur (coq et platine). Si on fait une reconstruction importante du mouvement il est donc difficile de prévoir le gain énergétique définitif (facteur de qualité sous vide) et donc de dimensionner la montre (on peut être obligé de redimensionner le mouvement après le premier prototype).

Avec une adaptation du mouvement ne modifiant que très peu, voire pas du tout, le mouvement incluant l'oscillateur et son entourage (par exemple par le biais d'une augmentation du rapport de réduction), le gain énergétique entre le mouvement original et le mouvement adapté reste stable et permet de

dimensionner correctement du premier coup les adaptations.

Un second avantage est bien sur le gain de temps. Il est beaucoup plus simple de modifier le nombre de dents d'une roue et d'un pignon pour augmenter le rapport de réduction que de reconstruire un mouvement complet.