Ce texte a pour but de présenter simplement le fonctionnement d’une montre du modèle de celles fabriquées dans le Haut-Doubs aux 19e et 20e siècles. Il en nomme les composants principaux et explique leur rôle dans cette mécanique de précision.

« Petit appareil portatif, fonctionnant dans toutes les positions, servant à donner l’heure et d’autres indications » selon le dictionnaire Larousse, la montre se compose du mouvement (ressort, rouage, échappement, balancier, etc.) et de l’habillage (boîte, cadran, aiguilles, bracelets, etc.).

1. Le mouvement

Pour qui privilégie la fiabilité et la précision de la montre, le mouvement est la partie la plus importante.

D’un point de vue fonctionnel, il se compose de plusieurs modules :

- un moteur, source d’énergie : le ressort ;

- un organe de transmission : le rouage (ou finissage), qui transmet cette énergie à l’échappement en multipliant la vitesse de rotation des roues ;

- un organe de partage et distribution du temps : l’échappement, qui découpe le temps en intervalles réguliers (en décomposant en impulsions l’énergie continue du ressort) et entretient les oscillations du balancier ;

- un organe de régulation : le balancier-spiral, qui régularise la division du temps en unités égales ;

- un organe de comptage du temps qui n’est autre que le rouage lui-même, contrôlé par le couple échappement – balancier-spiral.

A ces modules s’ajoutent des fonctions d’affichage du temps (matérialisée par le cadran et les aiguilles), de remise à l’heure et de remontage du moteur.

a). Moteur

Pour fonctionner, la montre a besoin d’énergie. Celle-ci est produite en armant un ressort (c’est-à-dire en « remontant » la montre), en acier trempé ou en acier spécial, qui la restitue petit à petit et continûment. Ce ressort est logé dans une boîte cylindrique, le barillet, dont le couvercle supporte un système d’arrêtage (muni d’une roue appelée croix de Malte) permettant d’utiliser correctement la force du ressort et de limiter son degré d’armage pour ne pas l’abîmer.

La première mention de ce type de moteur est attribuée à Léonard de Vinci, qui le représente vers 1540 dans un de ses dessins. Le ressort est alors accompagné d’une fusée, organe conique dont la surface est creusée d’une rainure hélicoïdale destinée à guider la chaîne ou la corde qui la relie au barillet. Son rôle : régulariser la force motrice. En effet, lorsqu’il est tendu, le ressort délivre une force plus importante que lorsqu’il est détendu ; cette différence est compensée par la variation de longueur de la corde qui s’enroule sur la fusée, variation due au profil de cette pièce.

Dans la deuxième moitié du 17e siècle, en 1675, le savant néerlandais Christian Huygens (1629-1695) proposera de confier cette fonction de régulation à un organe réglant associant un deuxième ressort et un balancier circulaire. Cette solution dominera à partir de la fin du 18e siècle ou du début du 19e (Huygens est par ailleurs l’inventeur en 1657 de l’horloge à pendule, qu’il perfectionne ensuite avant de publier en 1673 l’ « Horlogium oscillatorum »).

Le ressort transmet son énergie au rouage en faisant tourner le disque denté fermant le barillet.

b). Transmission

Le rouage est formé de trois roues dentées, en laiton, qui s’entraînent : mue par le barillet, la roue de centre (dite aussi roue des minutes ou grande moyenne) actionne le pignon de la roue moyenne ; la roue moyenne (ou petite moyenne) actionne celui de la roue des secondes (parfois aussi appelée roue de chant), cette dernière faisant se mouvoir celui de la roue d’échappement.

Chaque roue dentée est donc rivée sur un pignon, qui prend son nom (pignon de centre ou des minutes, de moyenne, des secondes, d’échappement). Le pignon est un organe denté, plus épais mais d’un diamètre plus petit qu’une roue, portant généralement de 6 à 14 dents (appelées ailes). Par le jeu des rapports entre le nombre de dents des roues et celui de leurs pignons, la vitesse de rotation est multipliée : si la roue du barillet bouge lentement (il lui faut plusieurs heures pour faire un tour), celle d’échappement tourne quelques centaines ou milliers de fois plus vite (un exemple parmi d’autres de rapport choisi par un fabricant : un tour de barillet en 4 heures pour 2 400 tours de roue d’échappement). Outre son rôle de transmission et multiplication de la vitesse de rotation, le rouage sert aussi au comptage du temps (fonction que nous verrons plus loin).

c). Partage et distribution du temps

L’échappement permet de décomposer l’énergie (continue) du ressort en unités régulières (impulsions) et d’entretenir les oscillations du balancier. C’est donc lui qui « fabrique » le temps : il libère l’énergie de la réserve de marche (accumulée en remontant le ressort) mais il en contrôle la vitesse d’échappement en bloquant durant un certain laps de temps puis libérant successivement chacune des dents de la roue d’échappement, dont il règle ainsi la vitesse de rotation. Sans lui, le ressort se désarmerait en quelques secondes.

Les deux ou trois pièces, très fragiles et d’une grande précision, qui le composent forment un assortiment (assortiment cylindre, assortiment ancre…).

De nombreux types d’échappements pour montre existent et ont existé : à roue de rencontre, à cylindre, à ancre, à détente, à cheville, etc. Voici les principaux rencontrés dans le Haut-Doubs.

Le plus ancien est l’échappement à roue de rencontre (aussi appelé échappement à verges), utilisé dans les premières horloges puis pour les montres jusque dans les années 1830. Relativement imprécis, il a dans le cas des horloges pu acquérir une plus grande précision en fonctionnant avec le pendule inventé par Huygens en 1657. La roue de rencontre, verticale, est munie sur sa périphérie de dents placées perpendiculairement à son plan. Ces dents transmettent leurs impulsions à deux palettes fixées en haut et en bas d’une tige verticale nommée la verge, portant une traverse le foliot (préfigurant le balancier). Le rouage actionne la roue de rencontre dont les dents agissent alternativement sur les palettes, faisant osciller le foliot.

L’échappement à cylindre imaginé par Georges Graham vers 1720-1725 est une amélioration de celui de Thomas Tompion de 1695. La roue de cylindre a généralement 15 dents disposées en périphérie (sur sa couronne extérieure). Toutefois, contrairement à celle d’ancre, ces dents ne sont pas taillée dans le même plan que la jante (ou serge) mais au-dessus d’elle : la roue, qui a donc une certaine épaisseur, est obtenue en creusant une rondelle de métal. Elle est actionnée par le rouage et ses dents entrent dans une encoche échancrant le cylindre, petit tube d’acier poli (dont la paroi se nomme l’écorce), fermé à chaque extrémité par un tampon d’acier muni d’un pivot. L’assise (ou assiette ou siette) supportant le balancier est emboîtée sur l’extrémité supérieure, le balancier donnant au cylindre un mouvement rotatif alternatif.

L’échappement à ancre est issu des travaux vers 1670 de Robert Hooke et de William Clément appliqués à des pendules, puis des améliorations apportées au système en 1715 par Georges Graham (1675-1751). En 1754, Thomas Mudge est le premier à l’appliquer aux montres. Il s’impose réellement dans les années 1920 puis remplace totalement celui à cylindre à l’issue de la deuxième guerre mondiale. Il se compose d’une roue d’ancre en acier dont les dents (au profil spécial) sont dans le même plan que la jante, et d’une ancre (munie de palettes en rubis en contact avec les dents), qui se poursuit par la baguette de fourchette (dont le débattement est limité par deux goupilles, les butées) et la fourchette proprement dite, en contact avec le support du balancier. L’ancre a un mouvement de bascule, que l’on entend (c’est le tic-tac de la montre).

L’échappement à chevilles, inventé par l’horloger bisontin Perron en 1798, est une déclinaison spéciale de celui à ancres dans laquelle les palettes sont remplacées par des chevilles en acier trempé. Moins coûteux que le précédent, il fut utilisé pour les montres Roskopf (à partir de 1867).

d). Régulation

Le balancier-spiral est l’organe réglant de la montre, nécessaire pour régulariser le fonctionnement de l’échappement. Imaginé par Huygens qui en publie le principe en 1675, c’est un oscillateur composé d’un balancier circulaire, servant de volant d’inertie (éventuellement muni de vis, fixées sur la serge, afin d’en régler l’équilibrage et le moment d’inertie), doté d’un mouvement de va-et-vient circulaire, et d’un ressort spiral, qui lui assure une fréquence d’oscillation propre. Ce dernier a en fait une double fonction : il permet au balancier de revenir au point zéro afin de recevoir l'impulsion suivante en sens inverse et simultanément il règle la durée de l’alternance.

La fréquence d’oscillation est fonction du nombre d’alternances par seconde : entraîné par la masse du balancier, le ressort se tend puis, arrivé en bout de course (1ère position extrême) et complètement tendu, il se détend, générant un mouvement en sens inverse (qu’accentue le balancier) jusqu’à se retendre complètement (2e position extrême). Chaque oscillation est donc composée de deux alternances (passages d’une position extrême à une autre), commandant les mouvements de l’échappement.

Un balancier-spiral effectue généralement de 5 à 8 alternances à la seconde, soit :

- 5 alternances à la seconde = 18 000 à l’heure = fréquence de 2,5 Hz ;

- 6 alternances à la seconde = 21 600 à l’heure = fréquence de 3 Hz ;

- 7 alternances à la seconde = 25 200 à l’heure = fréquence de 3,5 Hz ;

- 8 alternances à la seconde = 28 800 à l’heure = fréquence de 4 Hz.

Plus la fréquence est élevée, plus la précision de la montre pourra être grande, sa régularité dépendant par ailleurs directement de la qualité du couple balancier et spiral. Or ce couple voit ses propriétés se modifier en fonction des variations thermiques, le métal pouvant se dilater. Plusieurs solutions ont été adoptées pour contrer ce phénomène : les balanciers ont pu être dans un métal spécial (par exemple le glucidur – ou berrydur –, bronze au glucinium ou beryllium), bimétalliques (associant deux métaux réagissant différemment aux changements de température), compensateurs, etc. Le ressort lui-même est amélioré suite aux travaux du physicien suisse Charles Edouard Guillaume qui invente dans le premier quart du 20e siècle l’Elinvar, alliage d’acier au nickel peu sensible aux variations thermiques (succédant à l’acier trempé, à celui au palladium, etc.). Sa forme, qui a aussi une influence, a été définie empiriquement par Abraham-Louis Breguet en 1795 puis mathématiquement par Edouard Philips en 1861.

Par ailleurs, la marche (le fonctionnement) de la montre peut être modifiée en jouant sur la longueur active du spiral : c’est là le rôle de la raquette, fixée sur le pont du balancier (ou coq). Cette marche peut être positive (la montre avance) ou négative (elle retarde) ; elle est dite diurne lorsqu’elle est contrôlée sur une période de 24 heures.

e). Comptage et affichage du temps

Si le ressort moteur fournit l’énergie à la montre, l’échappement et le ressort-spiral en régularisent le flux et le découpent en périodes régulières. Ils interagissent donc avec le rouage, dont ils fixent la vitesse de rotation des roues, et c’est cet organe qui sert au comptage du temps et à son affichage, faisant généralement appel à des aiguilles.

La position de ses roues peut varier par rapport au centre du cadran suivant l’architecture retenue. Ainsi, la roue des secondes, qui effectue un tour en 60 secondes et porte – bien évidemment – l’aiguille des secondes (la trotteuse), peut être placée au centre du cadran (on parle alors de seconde au centre ou de grande seconde) ou à 6 heures.

Celle de centre fait un tour à l’heure et porte l’aiguille des minutes. Un pignon, la chaussée, est emboîté sur la tige (l’axe) de cette roue et engrène avec la roue de minuterie, dont le pignon transmet le mouvement à la roue des heures (ou roue à canon ou canon) qui porte l’aiguille des heures. Le rapport entre la chaussée et le canon est de 12/1 : il faut 12 tours de chaussée pour que la roue à canon fasse un tour. Outre son rôle dans la démultiplication et la transmission du mouvement au canon, la roue de minuterie sert aussi pour la mise à l’heure en reliant le système à renvois et les aiguilles.

f). Remontoir et mise à l’heure

Ces deux fonctions partagent certains organes.

Le remontoir sert à armer le ressort (c’est-à-dire à « remonter » la montre). Dans le remontoir au pendant (le plus répandu, inventé par le Suisse Louis Audemars vers 1837), le remontage s’effectue en tournant manuellement une petite couronne sortant du boîtier, fixée sur la tige de remontoir, qui actionne une roue à rochet (roue à cliquet) solidaire de l’axe du barillet sur lequel est fixé le ressort.

La mise à l’heure s’effectue en appuyant sur un bouton (poussette) ou en le tirant (tirette), faisant ainsi glisser sur la tige de remontoir un pignon (le pignon coulant) qui engrène avec un système de renvois commandant les aiguilles. Cette remise à l’heure n’interfère pas avec le fonctionnement de la montre dans la mesure où la chaussée étant entraînée seulement par friction par la tige de la roue de centre, elle peut tourner si nécessaire plus vite qu’elle. Le mécanisme de mise à l’heure présente une telle variété de pièces, de formes, de dimensions, qu’il constitue une véritable « empreinte digitale » de la montre ; à ce titre, il est souvent reproduit avec la vue du mouvement dans les publications techniques et autres catalogues de calibres et fournitures.

g). Les supports des pièces

Les pièces constituant ces modules et assurant ces fonctions sont fixées sur une ébauche, dont la composition a varié au fil du temps.

La platine est le support principal, dont les dimensions et la forme sont fixées par le calibre de la montre. Elle est creusée aux endroits adéquats de noyures destinées à accueillir les paliers et contre-pivots des mobiles (roues et pignons), etc. A l’origine, ces composants étaient fixés entre deux platines, dont l’écartement était assuré par des piliers. Par la suite, sur l’initiative du Français Jean-Antoine Lépine (1720-1814), l’une des platines a été remplacée par plusieurs ponts, plus petits, désignés d’après le nom du mobile auquel ils servent de support (pont de roue de centre, pont de barillet, pont de balancier ou coq, etc.). Les ponts les plus minces portent le nom de barrettes.

La réduction des frottements dommageables aux différentes parties mobiles passe, notamment, par l’utilisation de contre-pivots et coussinets en pierre précieuse ou semi-précieuse. Cette innovation est le fait en 1704 du Suisse Nicolas Fatio de Dhuillier, qui imagine une technique permettant de percer les rubis. 1902 voit l’apparition du rubis synthétique, produit par le Français Auguste Verneuil, qui inonde ensuite le marché.

Le balancier étant l’organe le plus important et le plus fragile, il est protégé des chocs pouvant abîmer ses pivots par un système d’amortisseur (ou d’antichoc) permettant à la pierre servant de palier de se soulever légèrement (le premier « pare-chute » aurait été inventé par Abraham-Louis Breguet en 1790).

L’ébauche de la fin du 19e siècle et du début du 20e siècle associe platine(s), ponts, raquette, barillet et son cliquet. L’ébauche moderne correspond au mouvement, empierré ou non, sans partie réglante (balancier-spiral) ni ressort moteur, cadran et aiguilles.

2. L’habillage

Le souci de l’esthétique est présent dans le mouvement, par le décor du coq (pont de balancier) ou la disposition des ponts, le polissage des vis ou leur couleur, etc. Les composants peuvent être traités par galvanoplastie (dorage – jaune, rose… –, argentage, nickelage, rhodiage, etc.), polis avec plusieurs rendus, gravés de filets, côtes, vagues de Genève, etc. C’est toutefois dans l’habillage qu’il s’exprime le plus, faisant de certaines montres de véritables joyaux, avec recours à la gravure (guillochage ou autre), à l’émaillage ou la peinture, à la fixation de pierres précieuses, etc. Outre cette fonction de présentation, l’habillage rempli également d’autres fonctions : protection, fixation, commande, etc. Il associe donc boîte, cadran, aiguilles, glace, pendant, couronne, anneau, etc.

La boîte (ou boîtier) protège le mouvement de l’humidité, de la poussière et des chocs. Deux grandes familles de boîtes existent, indépendamment de leur forme : celle des montres de gousset (portées dans une poche de l’habit) et celle des montres-bracelets (fixées au poignet).

Une boîte de montre de gousset se compose d’un corps appelé la carrure, sur lequel est fixé le mouvement, fermé du côté des ponts par un fond, éventuellement doublé à l’intérieur par un double-fond, la cuvette. Côté cadran, elle est fermée par la lunette portant la glace (en verre ou matériau synthétique) ; éventuellement, un couvercle de protection est aussi présent (on parle alors de boîte savonnette). Ces organes sont ajustés à cran (par pression, ils prennent place dans une rainure), à charnière ou vissés. Le port de la montre est facilité grâce à un pendant, dans l’axe de la tige de remontoir, portant un anneau (la bélière) sur lequel peut s’accrocher une chaîne.

La boîte de montre-bracelet ou boîte-bracelet est munie de part et d’autre de deux anses (ou cornes) servant à la fixation du bracelet. Fermée par une glace, elle peut être en trois parties (carrure, fond et lunette) ou en deux (carrure-lunette et fond).

Le boîtier peut laisser passage à une ou plusieurs tiges, portant couronne ou bouton et servant à la commande de diverses fonctions : remontage du ressort, mise à l’heure, chronomètre, sonnerie, etc.

Le cadran affiche diverses indications (heure, minute, seconde, etc.) matérialisées par des chiffres, des divisions, des signes (index), etc. Certaines (mois, quantième, phase de lune, heure, etc.) peuvent apparaître dans une petite ouverture : le guichet. Il porte aussi le nom du fabricant (ou de l’établisseur), une marque, des renseignements techniques (nombre de rubis, type d’antichoc, etc.)… Il est réalisé en divers matériaux (cuivre et laiton à l’origine), laissé nu ou recouvert d’un décor (émail à partir de 1635 environ, traitement de surface et décalque actuellement), lumineux ou non (utilisation du radium à partir de 1912 puis du tritium, lampes électriques, etc.).

Les aiguilles (celle des minutes aurait été introduite vers 1691 par l’Anglais Daniel Quare, celle des secondes est encore postérieure) sont de matériaux et de formes diverses (Breguet, Louis XV, Louis XVI, romaine, poire, etc.) ; celles évidées sont dites squelettes. Elles peuvent être lumineuses (présence de radium puis de tritium).

Le bracelet, réalisé en divers matériaux, est généralement formé de deux parties réunies par une boucle ardillon ou un fermoir (boucle déployante par exemple) ; il est dit bracelet marquise lorsqu’il est en un seul morceau, formant un anneau métallique suffisamment élastique pour permettre l’introduction du poignet. Il est fixé sur les cornes par deux barrettes, soudées à elles ou mobiles (barrettes à pompe pour anses « américaines »).

3. Documentation

a). Bibliographie

Berner, G.-A. Dictionnaire professionnel illustré de l’horlogerie I+II, français, deutsch, english, espagnol. – Bienne (Suisse) : Fédération de l’Industrie horlogère suisse, 2007. Pagination multiple (1261 p.) : ill. ; 26 cm. Accessible en ligne sur le site de la Fédération de l'industrie horlogère suisse : http://www.fhs.ch/berner/

Cours d’échappement. Document accessible sur internet sur le site Horlogerie suisse (www.horlogerie-suisse.com) à l’adresse : http://www.horlogerie-suisse.com/technique/cours-d-echappement/ (consultation : 28 janvier 2015)

Flores, Joseph. L’histoire de la montre. – 2006. Document accessible sur internet sur le Forumamontres à l’adresse : http://forumamontres.forumactif.com/t5381-exclusif-l-histoire-de-la-montre-sur-forumamontres (consultation : 26 janvier 2015)

Fonctionnement d’une montre mécanique. Article accessible sur internet à l’adresse : http://www.sport-histoire.fr/Horlogerie/Horlogerie.php (consultation : 28 janvier 2015)

b). Témoignage oral

Donzé Jacques, ancien horloger, historien de Charquemont. 2012-2015

c). Sites internet

Fondation de la Haute Horlogerie (www.hautehorlogerie.org), notamment les pages de la section Encyclopédie consacrées aux montres mécaniques : http://www.hautehorlogerie.org/fr/encyclopedie/encyclopedie-des-montres/montres-mecaniques/ (consultation : 28 janvier 2015)

Hour conquest. Site de Joël Jidet dédié à La Conquête de l’heure : https://sites.google.com/site/hourconquest/home (consultation : 28 janvier 2015)

Boyer, Jacques. Les rouages d'une montre moderne. Le Mois littéraire et pittoresque, n° 139, juillet 1910, p. 86-100 : ill.