Le fonctionnement de l’échappement à ancre suisse peut être divisé en quatre phases qui se déroulent immuablement selon le même cycle à chaque alternance de l’organe régulateur. Ces quatre phases sont :

1. Le repos
2. Le dégagement
3. L’impulsion
4. Les sécurités

Détaillons ci-dessous l’action de chacun des composants durant chacune des quatre phase

1. Le repos

Durant cette phase, l’ensemble du rouage de finissage est à l’arrêt, bloqué par l’échappement.

Double plateau:

C’est le seul élément de l’échappement alors en mouvement.

Durant la phase de repos, le double plateau effectue librement son arc supplémentaire ascendant α puis son arc supplémentaire descandant β (ci-dessous Figure 1, point 1). Il s’agit de l’angle que parcoure le double plateau (et donc le balancier) durant la période d’arrêt de la roue d’échappement et de l’ancre.

Ancre:

L’ancre est à l’arrêt. La baguette de l’ancre est maintenue en appui contre la goupille de limitation (ci-dessous Figure 1, point 2) par la dent de la roue d’échappement sous l’effet du tirage (cf onglet Le tirage).

Roue d’échappement:

Comme l’ancre, la roue est à l’arrêt. L’une de ses dents est en appui sur le plan de repos de la palette de l’ancre (ci-dessous Figure 1, point 3).

2. Le dégagement

Durant cette phase, la roue d’échappement et le rouage de finissage reviennent très légèrement en arrière.

Double plateau:

La phase du dégagement débute lorsque la cheville de plateau entre au contact de la fourchette (Figure 2, point 4). La phase de dégagement du double plateau correspond à l’angle α qu’il parcoure, alors que la cheville de plateau pousse la fourchette de l’ancre (Figure 3).

Ancre:

La phase de dégagement de l’ancre correspond à l’angle β qu’elle parcoure durant l’action de la dent de la roue d’échappement sur le plan de repos de la palette (Figure 3). La phase de dégagerment se termine lorsque la dent de la roue se trouve théoriquement sur le bec de repos de la palette (Figure 4, point 5).

Roue d’échappement:

Par le levier que constitue l’ancre et sa géométrie, la roue d’échappement recul légèrement durant la phase de dégagement (recul géométrique, env. 0.15-0.25°) puis poursuit son mouvement en se détachant brièvement du plan de repos de la palette (recul dynamique, env. 0.04°). La somme du recul géométrique et du recul dynamaique constitue l’angle γ (Figure 3). Enfin, la roue d’échappement reprend son sens de rotation normal sous la force de l’énergie motrice. Comme pour l’ancre, on considère que la phase de dégagement se termine alors que la dent de la roue se trouve théoriquement sur le bec de repos de la palette (Figure 4, point 5)

 

 

3. L’impulsion

C’est durant cette phase que l’échappement transmet l’énergie reçue du barillet via le rouage de finissage à l’organe régulateur.

Double plateau:

Le début de l’impulsion à lieu lorsque la fourchette rattrape la cheville de plateau (Figure 5, point 6). La phase d’impulsion du double plateau correspond à l’angle δ qu’il parcoure alors que la fourchette pousse la cheville de plateau (Figure 6).  La phase d’impulsion débute avant le point mort et se termine après le point mort (Figure 7).

Ancre:

La phase d’impulsion de l’ancre correspond à l’angle ε (Figure 6) qu’elle parcoure pendant que le bec d’impulsion de la dent de la roue parcoure le plan d’impulsion de la palette. La phase d’impulsio se termine lorsque le bec d’impulsion de la dent de la roue se trouve sur le bec d’impulsion de la palette (Figure 8).

Roue d’échappement:

La phase d’impulsion de la roue d’échappement correspond à l’angle qu’elle parcoure durant l’action du plan d’impulsion de sa dent sur le plan d’impulsion de la palette. L’impulsion commence lorsque le bec de repos de la palette entre en contact du plan d’impulsion de la palette (Figure 5, point 7) et se termine lorsque le bec d’impulsion de la dent atteint le bec d’impulsion de la palette (Figure 8, point 8).

 

 

 

 

 

 

4. Les sécurités 

Les sécurités sont des angles parcourus par la roue d’échappement et l’ancre en pure perte juste après la phase d’impulsion.

Double plateau:

Au début de la phase des sécurités, la cheville de plateau perd le contact avec la fourchette de l’ancre (Figure 9, point 9). Le double plateau entame alors librement son arc supplémentaire ascendant α’ puis son arc supplémentaire descendant β’ (Figure 9).

Ancre:

L’angle de sécurité de l’ancre s’appelle le chemin perdu. C’est l’angle que parcoure la baguette de l’ancre dès lors que la dent de la roue d’échappement entre en contact avec le plan de repos de la palette (Figure 10, point 11) et l’instant ou la baguette de l’ancre entre en contact avec la goupille de limitation sous l’effet du tirage (Figure 11, point 12).

Roue d’échappement:

L’angle de sécurité de la roue d’échappement s’appelle la chute. La chute correspond à l’angle parcouru par la roue dès lors qu’une de ces dents quitte le plan d’impulsion de la palette (Figure 9, point 10) et qu’une autre dent entre en contact avec le plan de repos de l’autre palette (Figure 10, point 11).

 

 

1. Le double-plateau (de facto le balancier)

Description des différents angles du double-plateau (et donc du balancier) durant deux alternances (une oscillation).

 

 

 

(*) Important:

Lorsque la roue d’échappement effectue son recul dynamique (cf onglet fonctionnement), l’ancre poursuit son mouvement alors qu’elle est entrainée par la cheville de plateau. Lorsque la roue d’échappement reprend son mouvement en avant, la dent de la roue retrouve le contact avec le plan d’impulsion de la palette de l’ancre et la phase d’impulsion transmise au balancier débute. Durant cette période, le contact entre la cheville de plateau et la fourchette de l’ancre a été brièvement interrompue et le double-plateau (et donc le balancier) parcoure librement un petit angle compris entre la fin du dégagement et le début de l’impulsion (angles décrits ci-dessus comme parcours libre du balancier).

 

 

2. L’ancre

2.1 Angle de levée total (Figure 3)

L’angle de levée total de l’ancre correspond au déplacement de la baguette de l’ancre entre les deux goupilles de limitations (ou des étoquaux). Il correspond à la somme des angles de dégagement, d’impulsion et du chemin perdu et sa valeur est généralement comprise entre 12° et 20°.

 

2.2 Angle d’engagement virtuel   (Figure 4)

C’est l’angle compris entre le bec de repos de la palette (cf. l’ancre) et le point où la dent de la roue d’échappement tombe sur le plan de repos de la palette de l’ancre.

 

2.3 Angle du chemin perdu    (Figure 4)

Il s’agit de l’angle que parcoure l’ancre entre la fin de l’impulsion et l’appui de la fourchette contre la goupille de limitation (ou l’étoquaux) (cf onglet fonctionnement)

 

 

2.4 Angle d’engagement total    (Figure 5)

L’angle d’engagement total correspond à la somme des angles d’engagement virtuel (Figure 4 – ) et de chemin perdu (Figure 4 –  )

 

Alors que le balancier parcoure son arc supplémentaire (ascendant ou descendant), l’ancre est en appui contre l’une ou l’autre des goupilles de limitation (ou les étoquaux) par l’effet du tirage (cf. onglet tirage). Si un choc vient à vaincre le couple du tirage, l’ancre bascule contre l’autre goupille de limitation. Au terme de l’arc supplémentaire descandant du balancier, la cheville de plateau vient alors buter contre le revers de la corne, provoquant ainsi l’arrêt immédiat de la montre. (Figure 1).

Afin d’empêcher le renversement, l’échappement à ancre suisse dispose de quatre organes:

• Le dard
• Le petit plateau
• Les cornes
• La cheville de plateau

Lorsque le balancier parcoure son arc supplémentaire, le dard s’appuie contre le pourtour du petit plateau empêchant l’ancre de basculer contre l’autre goupille de limitation et donc le renversement (Figure 2).

Le petit plateau comporte une encoche allignée à la cheville de plateau. Durant les phases de dégagement et d’impulsion (cf. onglet fonctionnement), cette encoche permet au dard de passer et à l’ancre de basculer normalement d’une goupille à l’autre. Durant ces phases là, c’est l’intérieur des cornes qui vient buter contre la cheville de plateau évitant ainsi le renversement (Figure 3) .

 

 

 

 

Les différents chocs de l’échappement à ancre suisse sont perceptibles à l’oreille. Il s’agit du « tic-tac » des montres mécaniques. Mais quand l’oreille humaine perçoit un tic ou un tac, l’échappement a émit cinq sons dûs à cinq chocs. Ces sons sont si rapprochés que l’oreille en entend qu’un seul (un tic ou un tac).

L’analyse de ces sons, par l’intensité de chacun et l’espacement entre eux permet de déceler des dysfonctionnement ou des mauvais réglages de l’échappement. De même les graphiques d’un chronocomparateur permettent de d’identifier les problèmes liés à l’échappement. Pour chaque alternance, ces cinq chocs sont les suivants:

1. Le dégagement
2. Le début de l’impulsion de la roue d’échappement
3. Le début de l’impulsion du balancier
4. La fin de la chute
5. La fin du chemin perdu

1. Dégagement

Le premier choc d’une alternance se produit lorsque la cheville de plateau entre en contact avec l’intérieur de la fourchette (Figure 1).

2. Début de l’impulsion de la roue d’échappement

Peu après le dégagement, le bec de repos de la roue d’échappement tombe sur le plan d’impulsion de la palette. C’est le deuxième choc (Figure 2).

 

 

3. Début de l’impulsion du balancier

La fourchette rattrape la cheville de plateau et transmet son impulsion au balancier par l’intermédiaire du double-plateau. C’est le troisième choc (Figure 3).

 

 

4. Fin de la chute

Une dent de la roue d’échappement entre en contact avec le plan de repos d’une palette de l’ancre (Figure 4).

 

 

5. Fin du chemin perdu

Enfin, au terme de son chemin perdu, la baguette de l’ancre entre en contact avec l’une des goupilles de limitation (ou d’un étoquaux) (Figure 5).

 

 

 

Les appareils de contrôle de la marche des montres (chronocomparateurs), délivrent de nombreuses informations telles que la marche diurne instantanée, l’amplitude et la valeur du repère. Toutefois une bonne lecture des diagrammes délivrés par les chronocomparateurs permet d’identifier de nombreux problèmes issus du rouage de finissage, de l’échappement et de l’organe régulateur.

Ainsi lors d’un fonctionnement sans défaut d’une montre parfaitement réglée le diagramme présente une ligne unique horizontale (Figure 1).

 

Lorsque le repère est trop grand, deux lignes parralèles apparaisent sur le diagramme (Figure 2). La correction consiste à ajuster le repère (par le porte piton mobile ou la virole) et de réajuster ensuite la marche.

 

 

Lorsque la ligne du diagramme est ascendante, la montre avance (Figure 3a). A l’inverse, lorsque elle descend, la montre retarde (Figure 3b). Il s’agit alors de régler la marche (par modification de la longueur active du spiral ou du moment d’inertie du balancier).

 

 

Dans certains cas, on constatera une variation de la marche lors des mesures du mouvement en position horizontale et des positions verticales (Figure 4). La correction consiste dans ce cas à resserrer les goupilles de limitation.

 

 

Lorsque le diagramme présente une ligne sinusoïdale régulière, il est utile de mesurer l’intervalle de temps entre chaque pic de la sinusoïde. Si la fréquence correspond à la vitesse de rotation du mobile de secondes (60 sec si le mouvement comporte une aiguille de secondes), un défaut de mal-plat ou de mal-rond existe sur le mobile de secondes (Figure 5). La correction consiste alors à vérifier et corriger la rivure de la roue de secondes sur son pignon ou de procéder à l’échange du mobile de secondes.

 

 

Le diagramme présente parfois une ligne irrégulière et aléatoire. Dans de tels cas, l’amplitude est souvent trop faible ou présente de nombreuses variations (Figure 6). Dans un tel cas, il est recommandé de procéder à une révision complète du mouvement.

 

 

Si le diagramme présente ponctuellement des lignes quasi verticales, que les sons de l’échappement s’emballent et deviennent alors irréguliers et que l’on constate alors une vive augmentation de l’amplitude (ou la perte totale d’information d’amplitude), cela signifie que l’amplitude est ponctuellement trop élevée et que le balancier rebat (Figure 7). On peut alors remplacer le ressort de barillet par un ressort développant moins de couple ou modifier la valeur de l’engagement total des palettes de l’ancre.

 

Des lignes multiples et irrégulières indiquent que le balancier rebat de manière continue (amplitude trop importante) (Figure 8). Là encore, on corrigera le défaut en remplaçant le ressort de barillet par un ressort de moindre couple ou on modifiera l’engagement total des palettes.

 

 

Un diagramme présentant une courbe sinusoïdale d’une fréquence serrée (quelques secondes) indique un problème de mal-rond de la roue d’échappement (Figure 9). Il est alors recommandé de remplacer le mobile d’échappement.

 

 

Si le diagramme présente une ligne aléatoire superposée à une ligne droite, cela signifie que la palette d’entrée de l’ancre croche ou qu’elle est sale (Figure 10). Il est alors recommandé de nettoyer soigneusement l’ancre et le mobile d’échappement et, le cas échéant, de remplacer l’ancre ou la palette d’entrée.

 

 

Des traits verticaux jalonnant une ligne de marche normale indiquent que le spiral touche ponctuellement les goupilles de raquette ou le piton (Figure 11). On corrigera ce défaut en vérifiant la géométrie et le centrage du spiral.

 

 

Une stabilisation de la marche et de l’amplitude trop lente entre deux position de mesure indique un problème de lubrification des paliers du balancier ou du rouage de finissage (Figure 12).

 

Le tirage est une sûreté qui permet de maintenir la baguette de l’ancre en appui contre les goupilles de limitation lorsque le balancier effectue son arc supplémentaire. Cela évite que le dard entre en contact avec le pourtour du petit plateau et perturbe la période de l’organe régulateur.

L’action mécanique du tirage est le fruit de la pression d’une dent de la roue d’échappement sur le plan de repos de l’une ou l’autre des palettes de l’ancre.

Ainsi, la force F1 exercée par la dent de la roue agit perpendiculairement au plan de repos de la palette et crée un moment de force par le bras de levier de la distance d1 avec le point de pivotement de l’ancre. Ce moment de force a pour conséquence de plaquer la baguette de l’ancre contre la goupille de limitation avec une force F2 et le bras de levier d2, correspondant à la distance entre le point de pivotement de l’ancre et le centre de la goupille de limitation (Figure 1).

 

L’ancre est ainsi maintenue en appui contre la goupille de limitation. Si un choc parvient à vaincre la force du tirage, l’ancre bougera et le dard pourra entrer brièvement au contact du pourtour du petit plateau mais la force du tirage le ramènera immédiatement dans sa position de repos.

Valeur du moment de force du tirage

Le moment de force du tirage peut-être défini par les calculs suivants:

 

 

La distance d1 varie selon la valeur de l’angle α mesuré au point de repos B1. Une variation de l’angle α provoque ainsi une augmentation ou une diminution du moment de force M du tirage (Figure 2).

 

 

L’angle de tirage β est la valeur comprise entre une perpendiculaire élevée au point de repos B sur la ligne qui joint ce point au point de pivotement de l’ancre    et le plan de repos de la palette BP (Figure 3).

 

 

Comme nous venons de le voir, l’angle de tirage β est défini  au bec de repos B de la palette. On peut également le définir au point de repos B1 de la palette. Dans ce cas on nomme alors l’angle de tirage: α (Figure 4). On comprends ainsi que pendant le dégagement (cf. onglet fonctionnement), l’angle de tirage varie de β à α.

 

 

L’angle de tirage est défini lors de la construction de l’échappement (idéalement il est de 9° pour la combinaison roue en acier- palette en rubis). Mais un angle de tirage trop faible diminue la force du tirage et en réduit donc la sécurité. Il accroit également le coefficient de frottement. A l’inverse, un angle trop fort augmente le moment de force nécessaire au dégagement et augmente la valeur du recul de la roue d’échappement (perte de la valeur de l’impulsion). Ainsi un angle de tirage trop faible ou trop élevé perturbe les qualités réglantes de l’organe régulateur. C’est ainsi qu’on peut définir un angle de tirage idéal (pour une roue d’échappement en acier et des palettes en rubis) dans une fourchette comprise généralement entre 13° et 16°.

Enfin, on notera que lors du dégagement l’angle de tirage augmente sur la palette d’entrée de la valeur de l’angle ε (β = α + ε ) (Figure 4).

Alors qu’il diminue sur la palette de sortie de cette même valeur ε (β = α – ε) (Figure 5).

1. Arrêt sur le plan de repos

On observe l’arrêt sur le plan de repos lorsque le mouvement est complètement armé. On positionne alors manuellement le balancier de telle sorte que la cheville de plateau se trouve au début de la phase de dégagement (voir onglet « Fonctionnement) (Figure 1).

 

Si le balancier ne parvient pas à dégager la roue d’échappement du plan de repos de la palette par la seule force du spiral, on considère que le mouvement a de l’arrêt sur le plan de repos.

L’arrêt sur le plan de repos est le plus marqué lorsque le mouvement est en armage maximum, car la force exercée par la dent de la roue d’échappement sur le plan de repos de la palette (et donc le tirage) est alors maximale. Comme nous le décrivons dans l’onglet « tirage », le tirage augmente lors du dégagement sur la palette d’entrée et diminue lors du dégagement sur la palette de sortie.

Les mouvements d’un diamètre supérieur à 24mm ne doivent en aucun cas présenter un arrêt sur le plan de repos. On ne peut cependant pas empêcher un arrêt sur le plan de repos lorsqu’il s’agit d’un mouvement d’un diamètre inférieur à 24mm. En effet, lorsqu’on diminue la taille du mouvement, le moment d’inertie et le couple du spiral diminuent plus rapidement que le couple du ressort de barillet.

Dans les mouvements d’un diamètre inférieur à 24mm, il n’est pas toléré d’avoir un arrêt sur le plan de repos après 24h de marche car la difficulté à opérer le dégagement perturbe significativement l’isochronisme de l’organe régulateur.

1a. Causes de l’arrêt sur le plan de repos

Les causes d’un arrêt sur le plan de repos peuvent être les suivantes:

• Un manque de liberté ou une mauvaise lubrification des mobiles de l’échappement. (remarquable par une amplitude trop faible)
• Un état de surface défectueux du plan de repos de l’une ou l’autre des palettes ou une mauvaise lubrification roue d’échappement – palettes.
• Un profil ou un état de surface défectueux du plan de repos des dents de la roue d’échappement.
• Un angle de tirage trop fort.
• Un manque d’ébat de la cheville de plateau dans la fourchette de l’ancre.
• Des côtés de l’entrée de la fourchette trop courts impliquant un ébat de dard trop important au début de l’arc supplémentaire du balancier.
• Une mauvaise mise au repère

Pour éviter ou limiter l’arrêt sur le plan de repos (selon le diamètre du mouvement), il faut déterminer la position du balancier lorsque survient l’arrêt sur le plan de repos. Il est alors possible de diminuer l’engagement total de chaque palette afin de déplacer angulairement la fin du dégagement et qu’il se produise avant la position d’arrêt sur le plan de repos. Cette solution implique néanmoins une réduction de la valeur des chemins perdus.

Une autre solution, plus compliquée à réaliser, consiste à accentuer l’inclinaison des plans d’impulsion des palettes. Ceci diminuera la valeur de l’engagement total sans réduire l’angle des chemins perdus. On veillera alors à conserver une valeur suffisante des engagements virtuels.

Lors du développement de mouvements de petits diamètres, on peut minimiser l’arrêt sur le plan de repos en augmentant le rapport entre les angles de levées de l’ancre et du balancier (voir tableau ci-dessous). Cela implique de réduire le diamètre des plateaux et d’allonger la fourchette de l’ancre. Ainsi, le balancier débute son dégagement avec un angle plus grand par rapport au point mort, ce qui augmente son couple et limite l’arrêt sur le plan de repos. Toutefois un angle de levée du balancier élevé augmente l’influence pertubatrice de l’échappement sur l’isochronisme de l’organe régulateur.

2. Arrêt sur le plan d’impulsion

On observe l’arrêt sur le plan d’impulsion en armant le ressort de barillet de deux dents de rochet.  On positionne ensuite manuellement balancier de sorte qu’une des dents de la roue d’échappement se trouve au début du plan d’impulsion de la palette (Figure 2). Si l’impulsion ne se donne pas complètement par cette faible force motrice, on considère alors que le mouvement a de l’arrêt sur le plan d’impulsion.

 

 

Tous les mouvements ont de l’arrêt sur le plan d’impulsion. Pour vérifier si celui-ci est acceptable on arme très progressivement le ressort de barillet jusqu’à ce que le mouvement se mette spontanément en marche en prenant soin d’observer la rotation du rochet. Les valeurs admises pour vaincre l’arrêt sur le plan d’impulsion sont les suivantes:

Mouvements de petits diamètres: Mise en marche après 4 à 5 dents d’armage du rochet.

Mouvements de diamètres moyens: Mise en marche après 1/2 tour d’armage du rochet.

Mouvements de grands diamètres: Mise en marche après 1 à 2 tours d’armage du rochet.

 

2.a Causes d’arrêt sur le plan d’impulsion

Les causes d’arrêt sur le plan d’impulsion peuvent être les suivantes:

• Un manque de force motrice (ressort de barrillet trop faible, manque de liberté du rouage de finissage, défauts d’engrenages, mauvaises lubrification).
• Un manque de liberté de l’ancre ou du balancier.
• Un état de surface ou profil du plan d’impulsion de la palette défectueux.
• Un état de surface ou profil du plan d’impulsion des dents de la roue d’échappement.
• Une mauvaise lubrification roue d’échappement – ancre.
• Un manque d’ébat de la cheville de plateau dans la fourchette de l’ancre.
• Un état de surface ou un profil défectueux de l’entrée de la fourchette de l’ancre.
• Une mauvaise mise au repère.

Important

L’arrêt sur le plan d’impulsion augmente d’autant que le diamètre du mouvement est important. Il ne s’agit pas réellement d’un défaut car il ne nuit pas à la précision du mouvement ni à l’isochronisme de l’organe régulateur. Toutefois, lorsqu’il est trop important il ne permet une mise en marche spontanée du mouvement, sous la seule influence de la force mortice et nécessite de donner manuellement une première impulsion au balancier (par rotation rapide du mouvement, de la montre par exemple).

Pour obtenir le meilleur réglage et le meilleur isochronisme possible il est préférable d’avoir l’angle de levée du balancier le plus faible possible.

Valeurs admises & rapports des angles de levées