Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle
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- Christelle Mongeau
- il y a 7 ans
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1 Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Instant-Lab EPFL - STI - IMT Ilan Vardi Forum CADFEM,
2 La question que l on me pose Est-il encore possible d inventer en horlogerie mécanique? Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
3 La question que l on me pose Est-il encore possible d inventer en horlogerie mécanique? Une réponse : L horlogerie ne produit plus de véritables innovations. Ludwig Oechslin, Conservateur du Musée International d Horlogerie, La Chaux-de-Fonds ( ). Interview de Samuel Jaberg, swissinfo.ch, 27 février Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
4 Mon point de vue ( Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
5 Mon regard naïf Les aiguilles Mercedes permettent de voir l aiguille des heures sous l aiguille des minutes Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
6 Mon idée naïve Mettre l aiguille des heures sur l aiguilles des minutes Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
7 Le mythe de la montre suisse You know, there are only two things more beautiful than a good gun: a Swiss watch or a woman from anywhere. Ever had a good... Swiss watch? Red River (1948), film western (John Wayne, etc.) Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
8 Préserver le mythe De James Bond (1962) à nos jours Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
9 Le business des montres? La Suisse fabrique environ 2% des montres dans le monde.? Mais a plus de 50% des revenus mondiaux? Ceci grâce à la montre mécanique? L industrie horlogère suisse s intéresse à la recherche sur les montres mécaniques? L innovation horlogère doit respecter la tradition horlogère Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
10 Le fonctionnement de la montre mécanique ENERGIE ) Transmission ) Echappement ) Régulateur. Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
11 La base de temps est l oscillateur? Les horloges et montres sont régulées par un oscillateur? Pendule (1656), balancier-spiral (1675), diapason (1711)? Ces oscillateurs ont leur propre temps (isochronisme). Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
12 Le temps discrétisé? Il faut entretenir et compter les oscillations? Ceci ce fait par l échappement qui arrête et redémarre la transmission d énergie en fonction de l oscillateur? L échappement est le tic-tac des horloges et montres mécaniques Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
13 Notre poster disponible chez Centredoc INSTANT - LAB Micromechanical and Horological Design Laboratory PA N OR A MA DE S É C H A PP EME NT S H ORLOG E RS ca 1450 Montre 1656 Pendule C. Huygens ca 1250 Horloge mécanique ca 1600 Isochronisme G. Galilée 1714 Longitude Act 1675 Balancier-spiral C. Huygens et R. Hooke 1775 Montre Lépine 1765 Chronomètre de marine Cylindre G. Graham Roue de rencontre Tourbillon A.-L. Breguet 1777 Remontage automatique 1830 Formule d Airy G. B. Airy ca 1822 Chronographe Détente P. LeRoy, J. Arnold, T. Earnshaw 1782 présent Ancre anglais T. Mudge, 1759 H M R C C Duplex P. LeRoy, Big Ben Ancre suisse 1815 présent M M 1876 Horlogerie industrielle M H Robin R. Robin, 1791 L P T L C P M C P M L P M 1960 Montre électronique 1974 COSC L L M Potter A. H. Potter, 1887 Ingold P. F. Ingold, ca 1840 Ancre à repos G. Graham 1720 présent Grasshopper J. Harrison, 1720 Mudge gravité T. Mudge, 1767 MacDowall C. MacDowall, CSEM ca 2004 Composants silicium 1983 La Swatch 2012 Instant-Lab EPFL 1985 ASRH Echappement Constant N. Déhon 1999 présent T M P L T M L L Denison trois pattes E. B. Denison, 1851 Big Ben E. B. Denison 1859 présent M T Dual Ulysse L. Oechslin 2001 présent Audemars Piguet P. Augereau 2001 présent F L T M Voutilainen K. Voutilainen 2008 présent L P T Double impulsion primitive O. Laesser, 2014 T M Ancre à recul R. Hooke 1657 présent 1978 FSRM Coaxial G. Daniels 1980 présent T Melly Frères R. & F. Melly, 1825 M M 1920 Prix Nobel Ch.-Ed. Guillaume 1967 Montre quartz M L T Naturel A.-L. Breguet, Fuseaux horaires GMT 1921 LSRH Ancre à chevilles (Roskopf) L. Perron, M L Virgule J.-A. Lépine, Montre bracelet L M T L T M Arnfield J. Arnfield, 1986 Riefler S. Riefler, L T Système Genequand P. Genequand, 2014 H C H H C H H F H H H F B C G M R C C G C C C G F F P B H HORLOGE Isochronisme La fréquence de l oscillateur est indépendante de son amplitude. L isochronisme est la base de l horlogerie de précision. BASE B EXCITATION PAR LA C CONTACT PERMANENT F FORCE CONSTANTE G GRAVITÉ L LIBRE P COUP PERDU R RECUL T TIRAGE 1750 : date estimée d invention : durée estimée d exploitation Plans d impulsion Echappement libre L oscillateur n est en contact avec l échappement que pendant le dégagement et l impulsion, ce qui réduit la perturbation de la fréquence de l oscillateur. CONTACT PERMANENT COUP PERDU Phases Bibliographie MONTRE R Echappement à contact permanent L oscillateur est toujours en contact avec une pièce de l échappement. Le contact permanent est jugé nuisible à la précision des montres. Tirage Introduit par R. Pendleton aux environs de 1800, il sécurise le fonctionnement de l échappement par l introduction d un angle aux repos des palettes. Ilan Vardi (Instant-Lab) Echappement à force constante L échappement transmet à l oscillateur, à chaque impulsion, une énergie égale. L oscillateur travaille à amplitude constante. Sur palette Dégagement d entrée Impulsion d entrée Dégagement de sortie Impulsion de sortie Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Partagé Sur dent Auteurs M Concepts Légende H C Berner en ligne, Fédération horlogère suisse, Paul M. Chamberlain, It s About Time, The Holland Press, London, 1964 George Daniels, La Montre, troisième édition, Watchprint.com, 2011 Léopold Defossez, Théorie générale de l horlogerie, La Chaux-de-Fonds, 1950 Charles Gros, Echappements d horloges et de montres, Watchmakers Publishing, 2013 Tardy, La montre, les échappements recul, le spiral, la compensation, Paris, 1968 Edmund Beckett Denison, A Rudimentary Treatise on Clocks,Watches & Bells, 8th ed., London 1903, ROLAND BITTERLI, SIMON HENEIN, OLIVIER LAESSER, BILLY NUSSBAUMER, ILAN VARDI ILLUSTRATIONS : OLIVIER LAESSER GRAPHISME : BEGONIA TORA JUILLET 2015, INSTANTLAB.EPFL.CH Forum CADFEM, / 43
14 Problèmes conceptuels de la montre mécanique (I) Le facteur de qualité Q nombre d oscillations jusqu à l arrêt Balancier spiral montre Balancier spiral chronomètre de marine Diapason pour montres Pendule régulateur à pression normale Pendule régulateur à basse pression 100, ,000 Cristal de quartz 100,000 1,000,000 Horloge atomique au Césium 50,000, ,000,000 1 Le Q du pendule de Big Ben a été évalué à Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
15 La précision des garde-temps est liée à Q The pendulum must have dominion over the clockwork John Harrison, inventeur du chronomètre de marine ( ) Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
16 Mon article, Bulletin de la SSC (2014) Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
17 Breaking the second barrier? Le facteur Q du balancier spiral 200 est très bas? Précision 1 seconde/jour ) remplacer le balancier-spiral par un oscillateur Q 1000 Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
18 Problèmes conceptuels de la montre mécanique (II)? L échappement est complexe et ine cace,? Rendement de moins de 40%? Le mouvement d une montre mécanique est arrêté 90% du temps! Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
19 Nouveau concept (problème I)? Remplacer le balancier-spiral par un diapason.? Augmente le facteur Q à 2000, donc la précision? Déjà fait en 1960 par l Accutron de Bulova La montre la plus précise de l époque, garantie à 2s/j Remplacée par la montre à quartz, années 1970.? L Accutron dépend d un transistor et d une pile? L invention est une montre à diapason entièrement mécanique? Un concept qui plait aux horlogers suisses, qui ont la nostalgie de leurs Accutrons de jeunesse Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
20 l Accutron inventé par Max Hetzel Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
21 Premier brevet? Un échappement magnétique sans contact ( )? Précède l annonce de la résonique de Bethune? Le magnétisme n est pas de la mécanique traditionnelle Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
22 Deuxième brevet? Un échappement entièrement mécanique ( )? Respecte la tradition : il reprend l échappement à ancre suisse et l adapte au petites oscillations rapides du diapason? Le projet a été repris par l industrie horlogère suisse? Un démonstrateur à l échelle montre a fonctionné? Ne résout pas le problème II Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
23 Un nouveau concept (I et II)? Résoudre le problème de l échappement en é l i m i n a n t l échappement ) La mesure du temps redevient continue? Les oscillateurs classiques ont un degré de liberté et ont un mouvement de vas-et-vient. Le maintien des oscillateurs classiques doit être intermittent? La solution est de considérer des oscillateurs à deux degrés de liberté? Un oscillateur à deux degrés de liberté peut avoir des trajectoires unidirectionnelles Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
24 L intérêt des oscillateurs à deux degrés de liberté Les trajectoires unidirectionnelles sont maintenues et comptées par une manivelle remplaçant l échappement Manivelle télescopique de notre brevet S. Henein, I. Vardi et L. Rubbert, XY ISOTROPIC HARMONIC OSCILLATOR AND ASSOCIATED TIME BASE WITHOUT ESCAPEMENT OR WITH SIMPLIFIED ESCAPEMENT, brevet européen EP , 16 juillet, Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
25 L oscillateur : un nouveau concept traditionnel? Trouver son inspiration de l époque des découvertes des oscillateurs, le 17 e siècle? En 1687, Isaac Newton a décrit un oscillateur à deux degrés de liberté? Newton a postulé un univers où la gravité est remplacée par la loi du ressort Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
26 L oscillateur de Newton? Par observation, Kepler a énoncé ses trois lois du mouvement céleste, dont les orbites elliptiques des planètes.? Newton cherchait une loi de gravitation produisant des ellipses? Newton a trouvé deux solutions : 1. La loi de gravitation où la force est inversement proportionnelle au carré de la distance Les orbites sont des ellipses avec le Soleil à un foyer de l ellipse L année est proportionnelle à (distance du Soleil) 3/2 2. La loi de Hooke où la force est proportionnelle à la distance Les orbites sont des ellipses avec le Soleil au centre de l ellipse L année est la même pour toutes les orbites? J. Bertrand a démontré que ce sont les seules lois produisant des orbites fermées. Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
27 La première loi de Kepler Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
28 La troisième loi de Kepler Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
29 Trajectoire, loi de Hooke Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
30 Loi de Hooke : orbites isochrones Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
31 Principia Mathematica, Livre I, Proposition X Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
32 The clock that Newton (and everyone) missed? Qui dit isochronisme dit base de temps horlogère? La vitesse change, mais la période reste la même? Précédemment, tout le monde s est fixé sur le fait qu il faut un régulateur de vitesse où la vitesse reste constante? Les remarques sur le pendule conique, etc, font toujours l hypothèse d une vitesse constante? Ceci peut expliquer pourquoi cet oscillateur n a jamais été considéré depuis 1687 Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
33 Cahier des charges IsoSpring IsoSpring = mécanisation de l univers isochrone de Newton 1 Une force de rappel linéaire sur la planète. 2 Un centre de force unique. 3 Une force de rappel isotrope. 4 Une masse se comportant comme une planète ponctuelle. 5 Une insensibilité à la gravité terrestre. Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
34 Première mécanisation Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
35 Premier démonstrateur Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
36 La masse ne doit pas tourner sur elle-même Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
37 Force linéaire centrale par ressorts orthogonaux Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
38 Réalisation d un ressort isotrope Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
39 Publication du ressort isotrope Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
40 Construction monolithique par lames flexibles Le facteur de qualité est élevé (solution du problème I) Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
41 Horloge démonstrateur IsoSpring Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
42 Publication IsoSpring Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
43 Une nouvelle famille d oscillateurs à 2 DOF Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
44 IsoSpring: une révolution traditionnelle Ilan Vardi (Instant-Lab) Nouveaux concepts en horlogerie traditionnelle Forum CADFEM, / 43
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