Pour qu'une montre fonctionne sans pile, il faut une source d'énergie et un moyen de la transmettre de manière fluide jusqu'aux aiguilles. Ce voyage de la force mécanique est rendu possible grâce à un système d'engrenages précisément calculé, appelé train de rouage.
Le barillet : la centrale électrique
Tout commence dans le barillet, un tambour qui abrite un long ressort en acier bleui enroulé sur lui-même. Une fois armé (par le remontoir ou par la masse oscillante), ce ressort veut se détendre : il exerce un couple de l'ordre de quelques newtons-millimètres à une dizaine de N·mm à pleine tension — environ 6 à 9 N·mm (600 à 900 g·mm) sur un calibre automatique courant de type ETA 2824-2. Ce couple, capté par le pignon central du barillet, entame son voyage vers l'échappement. Un barillet standard fournit 40 à 50 heures d'énergie ; certains « long power » atteignent 8 à 10 jours grâce à un ressort plus long ou à plusieurs barillets en série.
La cascade : quatre roues, quatre étages
Le barillet, qui tourne très lentement (environ 1 tour toutes les 6 à 7 heures, soit 6 à 8 tours pour toute la réserve de marche), engrène la roue de centre (1 tour/heure — c'est elle qui porte le pignon de chaussée et l'aiguille des minutes), qui engrène la roue moyenne (~8 tours/heure), qui engrène la roue de seconde (1 tour/minute — d'où l'aiguille trotteuse), qui engrène enfin la roue d'échappement. Cette dernière tourne à environ 10 à 20 tours/minute selon la fréquence : la relation est A/h = 2 × nombre de dents × tours par heure, si bien qu'une roue de 15 dents donne 10 tours/minute à 18 000 A/h, 12 à 21 600 A/h et 16 à 28 800 A/h — soit un tour toutes les 3 à 6 secondes. Chaque engrenage multiplie la vitesse et divise le couple : on part d'un couple fort et lent au barillet, on arrive à un couple faible et rapide à l'échappement, prêt à être fractionné.
La géométrie : la développante de cercle
Le profil de chaque dent n'est pas quelconque. Depuis Léonard Euler au XVIIIᵉ siècle, l'horlogerie utilise le profil en développante de cercle : la courbe engendrée par un point d'une droite qui roule sans glisser sur un cercle. Ce profil garantit un rapport de transmission constant même si l'entraxe varie légèrement, une pression normale à l'engrènement toujours orientée le long de la ligne d'action, et un roulement/glissement mixte optimisé. Les dents en développante s'engrènent en douceur, sans à-coups — condition sine qua non de l'isochronisme.
Le rendement énergétique : chaque pour-cent compte
Un train de rouage bien fabriqué et bien lubrifié atteint 85 à 92 % de rendement. Les pertes se concentrent aux pivots (frottement rubis/acier lubrifié) et aux engrènements. C'est pourquoi les pivots tournent dans des rubis (7 pivots pour un mouvement simple, 21 à 27 pour un mouvement décoré), et pourquoi la géométrie des dents fait l'objet de brevets renouvelés. Un mauvais rendement se traduit directement par une amplitude qui chute.
Questions fréquentes
Pourquoi voit-on parfois 21 rubis, 25 rubis, 27 rubis ?
Chaque pivot d'axe majeur (7 à 8 axes typiquement) tourne dans deux rubis (un par côté), plus les palettes (2) et l'ellipse (1) : on arrive vite à 17-21. Au-delà, les rubis supplémentaires équipent l'automatique ou le calendrier.
Un engrenage horloger s'use-t-il ?
Très lentement, si l'huile fait son travail. On voit surtout des dents pliées suite à un choc violent, plus qu'une usure d'engrènement.
Peut-on augmenter la réserve de marche sans changer le barillet ?
Uniquement en réduisant la fréquence (donc en changeant l'organe réglant) ou en améliorant le rendement (finitions des pivots). Sinon il faut un ressort plus long, donc un barillet plus grand.
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