Mes4-1 - Échappement à ancre
Fonction
L’appareil a est un modèle d’échappement à ancre qui servait à expliquer le fonctionnement d’un échappement à ancre ; l’autre appareil b est un ensemble (pendule, échappement, rouage, interrupteur) générateur de signaux électriques périodiques qui servait à « distribuer le temps » sur les tables de travaux pratiques.
Description
Une horloge comprend :
- un pendule qui génère des événements périodiques (les battements),
- une mémoire qui totalise les périodes,
- des rouages entraînant les aiguilles,
- un organe de liaison entre ces deux systèmes (l’échappement),
- une source d’énergie (poids ou ressort).
L’échappement a un double rôle : laisser tourner d’un même angle chaque élément du rouage à chaque battement du pendule et restituer au pendule, à chaque battement (demi-oscillation), l’énergie perdue par frottements (les oscillations du pendule ne sont isochrones que si elles ont la même amplitude). C’est un élément essentiel de l’horloge. Il comprend :
- une roue dentée (« roue d’échappement ») soumise à un couple moteur (provenant de la source d’énergie) et dont la rotation entraîne celle du rouage et des aiguilles (ou le fonctionnement de l’interrupteur à godets de mercure pour l’appareil b)
- une pièce A appelée ancre, mobile autour de l’axe O, liée au pendule, soit directement, soit par l’intermédiaire d’une fourchette f et exécutant des battement synchrones de ceux du pendule.
Les dents D (de E) peuvent glisser, à faible frottement, sur deux sortes de surface présentes aux deux extrémités de A : les « repos » tels que ab et ed et les « inclinés » tels que bc et ef.
Les repos sont des surfaces cylindriques d’axe O. Il en résulte que lorsqu’une dent, comme D1, glisse sur le repos ab, la force qu’elle applique normalement à la surface (glissement sans frottement) passe par O et le moment appliqué à A est nul. Le pendule est alors libre et la roue E immobile, lorsque le pendule passe de son amplitude maximale à droite à la position verticale la dent D1 glisse de a à b sans agir sur le pendule ; puis le pendule remonte vers son amplitude maximale à gauche, alors la dent D1 glisse sur l’« incliné » bc en « poussant le pendule » car la force exercée par D1 sur l’incliné à un moment maximum par rapport à O ; c’est une phase motrice.
Voyons maintenant ce qu’il advient de la « roue d’échappement » E : elle est immobile lorsque D1 glisse de a à b puis elle se met à tourner lorsque D1 glisse de b à c (phase motrice), puis D1 « échappe » en c et la dent D’ tombe en d sur le « repos » ed de la roue E s’arrête alors de tourner. De d en e la dent D’ est sans action, la pendule est libre dans son mouvement de l’amplitude maximale à gauche à sa position la plus basse. Lorsqu’il remonte vers la droite la pendule est à nouveau « poussé » par la dent D’ qui glisse sur l’incliné ef (deuxième phase motrice) et la roue E se remet à tourner jusqu’à ce que D’ échappe en f et que D2 tombe en a sur le repos ab. On revient alors au début de l’explication précédente sauf que D2 remplace D1, que le pendule a effectué une oscillation et que E a tourné de l’angle qui correspond à l’intervalle entre deux dents.
Histoire
L’appareil a porte la marque « Eichens 1867 ».
La mesure du temps par des horloges à écoulement d’eau (clepsydres) était connue en Chine et en Égypte dans de temps très anciens. On utilisait aussi des cadrans solaires 800 ans avant notre ère. Ctésibios, mécanicien grec né à Alexandrie, perfectionna la clepsydre sous Ptolémée VII ( -170,-127) : un flotteur faisait tourner un dispositif indiquant les heures. Galilée (1564-1642) se servait encore d’une clepsydre pour étudier le mouvement de billes sur un plan incliné (1602). Galilée avait émis l’idée d’utiliser le pendule pour régulariser les horloges mais ce fut Christian Huygens (1629-1695) qui y parvint en 1656. Huygens fut pensionné par Colbert, il s’appliqua au perfectionnement des horloges et dédia son livre De horologium oscillatorium paru en 1673, au roi Louis XIV.
La précision des horloges, souhaitée pour la navigation, s’accrut avec l’invention, en 1680, de l’échappement à ancre par l’horloger anglais William Clément. L’échappement à ancre fut perfectionné par le célèbre horloger anglais, George Graham (1675-1751). C’est l’échappement à ancre de Graham que nous avons décrit.