LE BALANCIER

Le balancier d’une montre et le ressort spiral constituent son organe régulateur. Le balancier est un volant de grande taille doté d’une inertie aussi grande que possible afin de limiter l’influence de facteurs externes (chocs, lubrification etc.). Différents alliages peuvent être utilisés pour sa fabrication. On recherche idéalement un maximum d’inertie et les plus faibles coefficients de dilatations. Les changements de températures modifiant le moment d’inertie d’un balancier par les dilatations et les contractions de la matière avec l’influence néfaste que cela peut avoir sur le réglage d’une montre.

Historiquement on compensait ces déformations techniques en fabriquant des balanciers bimétalliques fendus. L’un des métaux compensant les déformations de l’autre, le moment d’inertie du balancier (et donc le réglage de la montre) reste ainsi aussi stable que possible. Généralement le balancier ne comporte que deux bras plats. L’anneau périphérique du balancier est appelé la serge. La serge du balancier comporte dans certains cas des masselottes ou des vis qui permettent son équilibrage et son réglage par modification de son moment d’inertie.

Pour un réglage optimal, le balancier doit être parfaitement équilibré. Le balancier est rivé sur l’axe de balancier (en acier) sur lequel sont également fixés le double plateau (élément de l’échappement) et le spiral. Puis, l’ensemble assemblé est également rééquilibré. Afin de limiter au maximum les points de friction, les pivots de l’axe de balancier sont coniques et d’un très petit diamètre (souvent inférieur à 0,10mm). La masse élevée du balancier et le petit diamètre de ses pivots rendent ces derniers très fragiles. C’est pourquoi l’usage de paliers antichocs s’est généralisé au cours du 20ème siècle.

Contemporain de Galilée avec qui il partage certains sujets d’étude (astronomie, pendule), Christian Huygens, un mathématicien, astronome et physicien hollandais, découvre en décembre 1659, la théorie de l’isochronisme de la cycloïde. Selon cette théorie, la période d’un pendule est constante, qu’elle que soit son amplitude, lorsque l’extrémité du pendule évolue sur un plan cycloïdal. Cette théorie est celle qui régit, de nos jours encore, tous les calculs liés au réglage et à la précision des horloges et des montres. Huygens est également connu pour être le premier à avoir associé un ressort spiral plat à un balancier annulaire. Une invention qui permettra dès lors de développer des pendules de voyage (chronomètres de marine), puis des montres. Bien que de nombreuses tentatives et recherches aient été faites depuis pour imaginer des oscillateurs mécaniques plus performants (précision, fréquence etc.), l’invention de Huygens demeure à ce jour indétrônable. Les horlogers comprennent rapidement que deux des facteurs perturbant le plus la précision de la montre sont : la gravité et les différences de température. Abraham-Louis Breguet invente ainsi le tourbillon en 1801 pour compenser les effets de la gravité. Pour lutter contre la dilatation due aux changements thermiques, les horlogers imagineront des balanciers bimétalliques fendus. La dilatation du premier métal étant mécaniquement opposée à celle du second métal il en résulte une compensation thermique avec une modification du moment d’inertie du balancier minimisée. Ce type de balancier disparaitra au cours du 20ème siècle suite à l’invention en 1907 par Charles-Edouard Guillaume de l’alliage Invar. Cet alliage de fer et de nickel présente un coefficient de dilatation extrêmement faible. Il trouvera de nombreux champs d’application (métrologie, cryogénie, horlogerie etc.) et contribuera même à l’invention de la télévision, ce qui vaudra à Guillaume le Prix Nobel de physique en 1920. Les balanciers réalisés dans cet alliage de fer (64%) et de nickel (36%) subissent une influence thermique si négligeable qu’ils reprendront une composition monométallique et une forme annulaire. Dès le début du 21ème siècle, de nouveaux matériaux apparaissent et se trouvent parfois dans la composition des balanciers. L’inertie d’un balancier se doit d’être autant que possible située à sa périphérie alors que son centre se doit d’être aussi léger que possible. On trouvera donc parfois des balanciers (par exemple) en titane (amagnétique, robuste, léger et faible dilatation) portant des masses en or sur leurs serges.

De nombreuses autres combinaisons de matériaux ont ainsi été expérimentées avec ce même objectif.

Deux composants constituent le balancier : Son volant et son axe. L’axe est en acier et sera facilement réalisable sur un tour d’horloger et un tour à pivoter manuels. Pour le volant, les opérations de tournage peuvent être réalisées sur tour ou sur burin-fixe. La découpe des bras peut se faire manuellement à l’aide d’un bocfil. Une fois le volant fabriqué et décoré, l’horloger le rive sur son axe de la même manière qu’une planche de roue sur son pignon puis équilibre une première fois l’ensemble en fraisant un peu de matière sous la serge du balancier à l’endroit où se trouve le balourd. Le balancier en tant que tel est dès lors terminé. Cependant pour qu’il puisse fonctionner on doit encore lui assembler le double plateau qui est chassé sous le balancier directement sur son axe alors que la virole du spiral permet de fixer ce dernier au-dessus du balancier. L’assortiment ainsi assemblé doit refaire l’objet d’un équilibrage avant de pouvoir intégrer le mouvement complet et procéder dès lors au réglage de la marche de la montre.

A L’échelon industriel, le volant du balancier et son axe sont généralement usiné par une décolleteuse. En plus des opérations de tournage inhérentes à ces deux composants, on pourra également procéder au fraisage des bras sur la même machine. De cette façon, toutes les opérations de tournage et de fraisage seront parfaitement concentriques et le balancier mieux équilibré. Les méthodes retenues pour les opérations de finition, de décoration, d’assemblage et d’équilibrage sont ensuite choisies selon la gamme de la montre. (polissage main ou polissage en tambour, roulage main ou machine etc.). Comme pour chacune des méthodes de fabrication, le balancier est équilibré en amont et en aval de chaque opération d’assemblage.

Il n’y a pas réellement de méthode hi-tech employée à la fabrication des balanciers. Toutefois, certains éléments du balancier (p. ex. les masselottes d’une serge) peuvent être fabriqués dans des matériaux hi-tech (p.ex. silicium) ce qui impliquera, dans te tels cas, l’usage de procédés issus des dernières grandes technologies (photo-lithographie).