À quoi sert un échappement ?

On a, d'un côté, un rouage qui ne demande qu'à tourner : le ressort le pousse en permanence. De l'autre, un balancier qui oscille, comme une balançoire, et qui ne fait rien tout seul pour le rouage. Faisons deux expériences en pensée pour comprendre ce qu'il faut mettre entre les deux.

Première expérience : on retire l'ancre. Plus rien ne retient le rouage. La roue d'échappement, qui ne mène rien, se met à tourner à toute allure, et le ressort, qui devait durer deux jours, se vide en quelques secondes dans un ronflement. Il faut donc une pièce qui retienne le rouage et ne le laisse avancer que d'un cran à la fois, au rythme du balancier. Chaque cran correspond à un battement : en comptant les crans, le rouage compte le temps. C'est le premier rôle de l'échappement : distribuer.

Deuxième expérience : on lance le balancier seul, sans rien pour le pousser. L'air, ses pivots et son spiral lui prennent un peu d'énergie à chaque oscillation. Pour une montre courante, le facteur de qualité vu au module 6 vaut environ 200 : le balancier perd à chaque oscillation à peu près 2π ÷ 200, soit 3 % de son énergie, donc environ 1,5 % de son amplitude. Cela paraît peu. Mais à 2,5 oscillations par seconde, après une minute, soit 150 oscillations, l'amplitude a été divisée par dix environ. Il faut donc aussi rendre au balancier, à chaque passage, l'énergie perdue. C'est le second rôle : entretenir.

[Schéma interactif]

Une grande famille

On a imaginé beaucoup de façons de faire ces deux gestes. Elles diffèrent surtout sur un point : combien de temps le balancier reste-t-il en contact avec l'échappement ? Chaque contact le freine ou le pousse au mauvais moment, et le rend moins régulier.

Échappement à verge

le plus ancien (XIV^e s.) : une roue de rencontre et deux palettes sur l’axe du balancier. Le balancier n’est jamais libre, et la roue recule à chaque battement : précision médiocre.

Échappement à cylindre

popularisé au XVIII^e s. pour les montres plates. La dent frotte sur le cylindre pendant toute l’oscillation (« repos frottant ») : il s’use vite.

Échappement à détente

réservé aux chronomètres de marine : impulsion directe au balancier, excellent, mais fragile aux chocs (il peut « galoper »).

Échappement à ancre suisse

le standard depuis plus d’un siècle : robuste, sûr, précis. C’est lui que nous étudions.

Échappement co-axial et en silicium

variantes modernes qui réduisent les frottements et le besoin d’huile.

Libre ou pas libre ?

Prenons une montre dont l'amplitude est de 270° : le balancier tourne de 270° d'un côté du point mort, puis de 270° de l'autre. En une oscillation, il parcourt donc 4 × 270 = 1 080°. Il n'est en contact avec l'ancre que pendant l'angle de levée, une cinquantaine de degrés, traversé deux fois par oscillation : une centaine de degrés sur plus de mille, moins d'un dixième du chemin. Tout le reste, l'arc supplémentaire, il le parcourt sans rien toucher. C'est pour cela qu'on dit l'ancre suisse libre, et c'est ce qui la rend régulière : le balancier oscille presque comme s'il était seul, au rythme de son spiral.