Avant l'invention du GPS, naviguer au milieu de l'océan exigeait de connaître l'heure exacte de son port de départ pour calculer sa longitude. Pour relever ce défi vital — le fameux « problème des longitudes » — les horlogers ont inventé les chronomètres de marine. L'épopée se date précisément : John Harrison achève son H4 en 1759 et le fait essayer lors du voyage vers la Jamaïque de 1761-1762 ; en France, Pierre Le Roy présente en 1766 une montre marine qui pose le trio décisif — échappement à détente, balancier compensateur, spiral isochrone — tandis que Ferdinand Berthoud construit ses horloges de marine dans les années 1760-1770 ; en Angleterre enfin, John Arnold et Thomas Earnshaw fixent dans les années 1780 la forme industrielle du chronomètre à détente et du spiral hélicoïdal.
Pour garantir une régularité de marche exceptionnelle, ils ont développé le spiral cylindrique. Contrairement au spiral plat classique qui se dilate de manière asymétrique, le spiral cylindrique se déploie de manière parfaitement concentrique et tridimensionnelle, comme un ressort hélicoïdal : le centre de gravité du balancier reste sur son axe, condition d'un isochronisme quasi parfait de l'organe réglant.
Cette géométrie ne fonctionne pas seule : elle va de pair avec l'échappement à détente, qui n'interfère avec le balancier qu'un bref instant à chaque oscillation et le laisse donc vibrer librement, et avec la suspension à la cardan, qui maintient le chronomètre à l'horizontale malgré le roulis du navire — les trois éléments forment un système indissociable.
C'est bien cette géométrie hélicoïdale, développée symétriquement autour de l'axe du balancier, qui donne aux chronomètres de marine leur isochronisme. Abraham-Louis Breguet obtiendra le même effet sur un spiral plat en 1795, avec sa courbe terminale : la dernière spire est relevée et recourbée vers le centre pour que la respiration du spiral redevienne concentrique — solution étudiée dans notre unité consacrée à Breguet.
L'histoire de ces instruments de mesure hors normes est une formidable épopée scientifique qui passionne les étudiants et les collectionneurs de montres d'époque.
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