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Figure 1
Plan d’une ancre (acier et rubis synthétique)
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1. Description générale
Avec la roue d’échappement et le double plateau, l’ancre est un composant de l’organe de distribution (ici, l’échappement à ancre suisse).
La forme de l’ancre et son interaction avec la roue d’échappement et le double plateau (lui-même solidaire de l’axe du balancier) lui permettent de transformer le mouvement rotatif du rouage de finissage en un mouvement oscillatoire. De plus, lorsque le balancier effectue librement son oscillation, les palettes de l’ancre bloquent la roue d’échappement et donc l’ensemble du rouage de finissage et le barillet.
L’ancre doit son nom à sa forme et apparait dans différents types d’échappement. L’ancre de l’échappement à ancre suisse, comporte deux palettes en rubis qui bloquent successivement les dents de la roue d’échappement. Lorsque le balancier termine son oscillation libre, la cheville de plateau libère l’ancre qui pivote légèrement. La dent de la roue d’échappement, jusqu’alors bloquée, transmet, dans un bref mouvement de rotation, son impulsion à l’ancre par le plan d’impulsion de l’ancre, qui, par mouvement de bascule, est directement transmis au balancier par la fourchette de l’ancre située à l’opposé des palettes.
2. Composants et matériaux
Selon sa fabrication, l’ancre se compose d’un nombre variable de composants. Dans une fabrication traditionnelle les composants sont les suivants:
La tige d’ancre
Fabriquée en acier, il s’agit d’un axe pivoté sur laquelle la planche de l’ancre est chassée ou vissée. De récents développements, visent à produire une tige d’ancre en céramique par usinage femto-laser. Une telle pratique vise à supprimer l’influence des champs magnétiques dans l’échappement et l’organe régulateur mais demeure, à ce jour, anecdotique. Il est à noter que pour garantir la parfaite liberté de l’ancre, les pivots de la tige d’ancre ne doivent jamais être lubrifiés.
La planche de l’ancre
C’est le composant principal de l’ancre. Traditionnellement fabriquée en acier, elle vient chassée ou vissée sur la tige de l’ancre. De part et d’autre de son point de pivotement se déploient les deux bras qui portent les palettes. L’asymétrie des deux bras permet de positionner les plans de repos des palettes de manière équidistante au point de pivotement de l’ancre. À l’opposé des deux bras, se déploie la baguette, à l’extrémité de laquelle est découpée, sur le même plan, la fourchette. Enfin, à la base de la fourchette un perçage permet de recevoir, chassé, le plot de dard.
Les palettes (ou levées)
Celles-ci sont traditionnellement fabriquées en rubis synthétiques afin de minimiser leur usure ainsi que les frottements dans leur interaction avec les dents de la roue d’échappement. De leur géométrie et de leur positionnement dans les bras de la planche dépend, notamment, le bon fonctionnement de l’échappement (cf. : l’achevage et l’organe de distribution).
Le dard
Il est traditionnellement fabriqué en laiton dont la malléabilité permet facilement de le limer ou de le forger afin de garantir le bon fonctionnement de l’échappement. Il constitue une pièce monobloc avec le plot de dard qui permet de le chasser dans la planche de l’ancre et de le positionner en dessous de cette dernière. Le dard est un organe de sécurité qui permet d’éviter le renversement (cf.: l’organe de distribution et l’achevage).
Notes importantes
- Dans le cas des ancres fabriquées en nickel-phosphore (UV-LIGA), le dard et son plot sont également fabriqués en nickel-phosphore et constituent un élément monobloc avec la planche, lequel est amagnétique.
- Dans le cas des ancres fabriquées en silicium (gravure DRIE), l’ensemble de l’ancre (palettes incluses) est fabriqué d’un seul bloc amagnétique. Malgré leurs nombreux avantages, cette technologie et ce matériau ne permettent aucune opération d’achevage.
3. Profil et terminologie des palettes (levées)
Figure 2
Profil des palettes de l’ancre
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4. Historique
L’usage d’une ancre dans différents types d’échappement d’horloges puis de montres date du début du 18e siècle. Et Thomas Mudge invente l’échappement à ancre suisse en 1754. C’est ce type d’échappement qui est largement le plus utilisé depuis l’aube du 20e siècle. En soi l’ancre n’a pas connu de grandes évolutions depuis son invention. Jusqu’à la fin du 19e siècle, les horlogers compensaient fréquemment les défauts d’équilibre de l’ancre dus à sa forme asymétrique en y apposant un contrepoids. L’histoire révélera qu’il est préférable de privilégier la légèreté de l’ancre à son équilibre et les contrepoids ont dès lors été abandonnés. Les autres jalons historiques sont liés aux matériaux utilisés. Ainsi, les palettes de l’ancre, jadis en rubis naturel, sont depuis la moitié du 20e siècle remplacées par des palettes en corindon synthétiques tout comme l’ensemble des pierres d’une montre. Enfin, l’apparition du procédé de fabrication UV LIGA (pour des ancres en nickel-phosphore) et de la gravure DRIE (pour des ancres en silicium) au début du 21e siècle permet de produire des ancres plus légères, plus robustes et amagnétiques.
5. Fabrication artisanale d’une ancre
La méthode la plus artisanale pour fabriquer une ancre consiste à tracer puis découper au bocfil le profil de l’ancre dans une plaque d’acier. Les cotes finales seront atteintes par limage et adoucissement des surfaces. Le plot qui tient le dard sera reporté et fixé à la planche de l’ancre par deux pieds pour un positionnement précis et stable. Le dard cylindrique au niveau du plot est aplati par forgeage limé pour assurer sa fonction. La tige de l’ancre sera tournée puis pivotée. Des machines anciennes et manuelles, ou plus récentes et motorisées permettent de meuler les palettes en rubis afin de leur donner leurs dimensions exactes et de contrôler l’angle des plans d’impulsion. Une fois les composants de l’ancre fabriqués et décorés, l’artisan procède à son assemblage. Le dard est ainsi chassé dans son plot, la planche est généralement vissée sur la tige d’ancre et les palettes sont maintenues dans leurs pinces par de la gomme laque qui permet, en la chauffant légèrement, d’ajuster la position exacte de chaque palette et d’en assurer fermement la fixation lorsqu’elle est froide.
6. Production industrielle d’une ancre
À l’échelon industriel, la tige de l’ancre sera tournée sur une décolleteuse avant que ses pivots ne soient roulés. L’étampage est particulièrement adapté à la fabrication de la planche, bien que celle-ci puisse également être usinée. Les palettes sont produites sur des machines automatiques dotées de meules en diamant. Selon le niveau de finitions requis on polira les planches d’ancre à la main ou en masse dans des tambours de polissage. Enfin, l’usage de colle pour fixer les palettes supplante aujourd’hui la gomme laque dans la production industrielle.
7. Méthodes high-tech de production d’une ancre
Les technologies de microfabrication ont profondément transformé la production de certains composants horlogers, en particulier les composants de l’échappement. Parmi ces procédés, la fabrication par UV-LIGA et celle par gravure du silicium (DRIE) permettent d’obtenir des ancres d’une précision géométrique extrêmement élevée, difficilement atteignable par les méthodes traditionnelles d’usinage.
Ces procédés reposent sur des techniques issues de la microélectronique et permettent la réalisation de pièces présentant des profils complexes, des états de surface maîtrisés et une répétabilité industrielle quasi parfaite dans des matériaux réputés amagnétiques.
Contrairement aux méthodes classiques (fraisage, étampage), les procédés UV-LIGA et silicium :
- Suppriment les efforts mécaniques lors de la fabrication
- Concernent des matériaux amagnétiques
- Éliminent les défauts liés à l’outil (rayon de fraise, bavures)
- Permettent une précision et une répétabilité supérieures
Ils s’inscrivent ainsi dans une évolution vers une horlogerie de haute précision, combinant savoir-faire traditionnel et technologies avancées.
La fabrication des ancres par UV-LIGA et en silicium par méthode DRIE illustre l’intégration des technologies de microfabrication dans l’horlogerie contemporaine. Ces procédés permettent d’améliorer la précision, la régularité et les performances des échappements, tout en ouvrant la voie à de nouvelles architectures.
Ils constituent aujourd’hui un complément aux méthodes traditionnelles, particulièrement dans le domaine de la haute horlogerie technique et de la production industrielle de composants à haute valeur ajoutée.