Echappement à verge - Verge escapement

Échappement à verge et balancier d'une ancienne montre de poche
Echappement à verge et à foliot de l' horloge de la tour De Vick , construit Paris, 1379, par Henri de Vick

L' échappement à verge (ou couronne ) est le premier type connu d' échappement mécanique , le mécanisme d'une horloge mécanique qui contrôle sa vitesse en permettant au train d'engrenages d'avancer à intervalles réguliers ou « ticks ». Son origine est inconnue. Les échappements à verge ont été utilisés de la fin du XIIIe siècle jusqu'au milieu du XIXe siècle dans les horloges et les montres de poche . Le nom verge vient du latin virga , qui signifie bâton ou tige.

Son invention est importante dans l' histoire de la technologie , car elle a rendu possible le développement d'horloges entièrement mécaniques. Cela a provoqué un passage de la mesure du temps par des processus continus , tels que l'écoulement de liquide dans les horloges à eau , à des processus oscillatoires répétitifs , tels que l'oscillation des pendules , qui avaient le potentiel d'être plus précis. Les garde-temps oscillants sont utilisés dans toutes les montres modernes.

Horloges Verge et foliot

L' un des premiers dessins existants d'un point, d'échappement à Giovanni de Dondi d » horloge astronomique , l'Astrarium, construit 1364, Padoue, Italie. Cela avait un balancier (forme de couronne en haut) au lieu d'un foliot. L'échappement est juste en dessous. De son traité d'horloge de 1364, Il Tractatus Astrarii .

L'échappement à verge date de l'Europe du XIIIe siècle, où son invention a conduit au développement des premières horloges entièrement mécaniques. À partir du XIIIe siècle, de grandes horloges ont été construites sur les places des villes européennes, les cathédrales et les monastères. Ils gardaient le temps en utilisant l'échappement à verge pour entraîner un foliot , un type primitif de balancier . Le foliot était une barre horizontale avec des poids près de ses extrémités fixées à une barre verticale appelée le bord qui était suspendue librement en rotation. L'échappement à verge fait osciller le foliot d'avant en arrière autour de son axe vertical. La cadence de l'horloge peut être ajustée en déplaçant les poids vers l'intérieur ou vers l'extérieur sur le foliot.

L'échappement à verge a probablement évolué à partir de l' alarum , qui utilisait le même mécanisme pour sonner une cloche et était apparu des siècles plus tôt. Il y a eu des spéculations que Villard de Honnecourt a inventé l'échappement à verge en 1237 avec une illustration d'un étrange mécanisme pour faire tourner une statue d'ange pour suivre le soleil avec son doigt, mais le consensus est qu'il ne s'agissait pas d'un échappement.

On pense qu'à la fin du XIIIe siècle, le mécanisme d'échappement à verge a été appliqué aux horloges à tour , créant la première horloge à échappement mécanique. Malgré le fait que ces horloges étaient des objets célèbres de fierté civique qui ont été écrits à l'époque, on ne saura peut-être jamais quand le nouvel échappement a été utilisé pour la première fois. C'est parce qu'il s'est avéré difficile de distinguer à partir de la maigre documentation écrite laquelle de ces premières horloges de tour était mécanique, et lesquelles étaient des horloges à eau ; le même mot latin, horologe , a été utilisé pour les deux. Aucun des mécanismes originaux n'a survécu sans altération. Les sources diffèrent sur la première horloge « connue » pour être mécanique, selon les preuves manuscrites qu'elles considèrent comme concluantes. L'un des candidats est l' horloge du prieuré de Dunstable dans le Bedfordshire , en Angleterre, construite en 1283, car les témoignages disent qu'elle a été installée au-dessus du jubé , où il serait difficile de reconstituer l'eau nécessaire à une horloge à eau. Une autre est l'horloge construite au palais des Visconti, à Milan, en Italie, en 1335. L'astronome Robertus Anglicus a écrit en 1271 que les horlogers essayaient d'inventer un échappement, mais n'avaient pas encore réussi. Cependant, il est admis que les horloges mécaniques existaient à la fin du XIIIe siècle.

L'horloge de la cathédrale de Salisbury , 1386 ?, Angleterre, montre à quoi ressemblaient les premières horloges de bord. Il n'avait pas de cadran d'horloge mais était conçu pour sonner les heures. Les quelques mécanismes d'horloge de verge d'origine comme celui-ci qui subsistent du Moyen Âge ont tous été considérablement modifiés. Cet exemple, comme d'autres, a été trouvé avec la verge et le foliot d'origine remplacés par un pendule ; un accotement et un foliot de reproduction, illustrés sur la photo de droite, ont été ajoutés en 1956.

La première description d'un échappement, dans le manuscrit Tractatus Horologii Astronomici de Richard de Wallingford en 1327 sur l'horloge qu'il a construite à l' abbaye de St. Albans , n'était pas une verge, mais une variation appelée échappement « strob ». Il se composait d'une paire de roues d'échappement sur le même axe, avec des dents radiales alternées. La tige de rive était suspendue entre eux, avec une courte traverse qui tournait d'abord dans un sens puis dans l'autre au fur et à mesure que les dents décalées passaient. Bien qu'aucun autre exemple ne soit connu, il est possible que cette conception ait précédé le bord plus habituel des horloges.

Pendant les deux cents premières années environ de l'existence de l'horloge mécanique, la verge, avec foliot ou balancier, était le seul échappement utilisé dans les horloges mécaniques. Au XVIe siècle, des échappements alternatifs ont commencé à apparaître, mais l'échappement à verge est resté l'échappement le plus utilisé pendant 350 ans jusqu'à ce que les progrès de la mécanique au milieu du XVIIe siècle aient entraîné l'adoption du pendule, puis de l'échappement à ancre. Étant donné que les horloges avaient de la valeur, après l'invention du pendule, de nombreuses horloges de verge ont été reconstruites pour utiliser cette technologie de chronométrage plus précise, de sorte que très peu des premières horloges de verge et de foliot ont survécu sans être modifiées jusqu'à nos jours.

La précision des premières horloges à bord et à foliot est discutable, avec des estimations d'une à deux heures d'erreur par jour, bien que des expériences modernes avec des horloges de cette construction montrent que des précisions de minutes par jour étaient réalisables avec suffisamment de soin dans la conception et la maintenance. Les premières horloges de bord n'étaient probablement pas plus précises que les horloges à eau précédentes , mais elles ne gelaient pas en hiver et constituaient une technologie plus prometteuse pour l'innovation. Au milieu du XVIIe siècle, lorsque le pendule a remplacé le foliot, les meilleures horloges à verge et à foliot avaient atteint une précision de 15 minutes par jour.

Horloges à pendule Verge

La plupart des imprécisions grossières des premières horloges à verge et à foliot n'étaient pas dues à l'échappement lui-même, mais à l' oscillateur à foliot . La première utilisation de pendules dans les horloges vers 1656 a soudainement augmenté la précision de l'horloge de verge de quelques heures par jour à quelques minutes par jour. La plupart des horloges ont été reconstruites avec leurs foliots remplacés par des pendules, à tel point qu'il est difficile de retrouver intactes les horloges originales à verge et à foliot. Une augmentation similaire de la précision des montres à verge a suivi l'introduction du spiral en 1658.

Comment ça fonctionne

Echappement à verge montrant ( c ) couronne, ( v ) verge, ( p,q ) palettes
Echappement à verge en mouvement
La deuxième horloge à pendule construite par Christiaan Huygens , inventeur de l'horloge à pendule, 1673. Huygens revendiquait une précision de 10 secondes par jour. Dans une horloge à pendule, l'échappement à verge est tourné de 90 degrés de sorte que la couronne fait face (en haut).

L'échappement à verge se compose d'une roue en forme de couronne, appelée roue d'échappement, avec des dents en dents de scie faisant saillie axialement vers l'avant, et avec son axe orienté horizontalement. Devant elle se trouve une tige verticale, la verge, avec deux plaques métalliques, les palettes, qui engagent les dents de la roue d'échappement sur les côtés opposés. Les palettes ne sont pas parallèles, mais sont orientées avec un angle entre elles afin qu'une seule attrape les dents à la fois. Attaché à la verge à son sommet se trouve un oscillateur inertiel, un balancier ou, dans les premières horloges, un foliot , une poutre horizontale avec des poids à chaque extrémité. C'est le chronométreur de l'horloge.

Lorsque les engrenages de l'horloge font tourner la couronne (voir animation) , une de ses dents s'accroche à une palette, poussant dessus. Cela fait tourner le bord et le foliot dans un sens et fait tourner la deuxième palette dans le chemin des dents du côté opposé de la roue, jusqu'à ce que la dent glisse de l'extrémité de la palette, la libérant. Ensuite, la couronne tourne librement sur une courte distance jusqu'à ce qu'une dent sur le côté opposé de la roue entre en contact avec la deuxième palette, poussant dessus. Cela inverse la direction de la tige et du foliot du bord, faisant pivoter le bord dans l'autre sens, jusqu'à ce que cette dent dépasse la deuxième palette. Ensuite, le cycle se répète. Le résultat est de changer le mouvement rotatif de la roue en un mouvement oscillant de l'accotement et du foliot. Chaque balancement du balancier laisse ainsi passer une dent de la roue d'échappement, faisant avancer le rouage de la pendule d'une valeur fixe, faisant avancer les aiguilles à vitesse constante. Le moment d'inertie du foliot ou du balancier contrôle le taux d'oscillation, déterminant le taux de l'horloge. La dent de la roue d'échappement, poussant contre la palette à chaque oscillation, fournit une impulsion qui remplace l'énergie perdue par le foliot au frottement, en le maintenant oscillant d'avant en arrière.

Dans une horloge à pendule à verge (voir photo) apparue après l' invention du pendule en 1656, l'échappement était tourné de 90° de sorte que la tige de verge était horizontale, tandis que l'axe de la roue d'échappement était vertical, situé sous la tige de verge. Dans les premières horloges à pendule, le pendule était attaché à l'extrémité de la tige de verge au lieu du balancier ou du foliot. Dans les horloges à pendule ultérieures, le pendule était suspendu par un court ressort droit de ruban métallique au cadre de l'horloge, et un bras vertical attaché à l'extrémité de la tige de verge se terminait par une fourche qui embrassait la tige du pendule; cela a évité le frottement de la suspension du pendule directement à partir de la tige de rive pivotante. Chaque oscillation du pendule libérait une dent de roue d'échappement.

La roue d'échappement doit avoir un nombre impair de dents pour que l'échappement fonctionne. Avec un nombre pair, deux dents opposées entreront en contact avec les palettes en même temps, coinçant l'échappement. L'angle habituel entre les palettes était de 90° à 105°, résultant en une oscillation du foliot ou du pendule d'environ 80° à 100°. Afin de réduire l'oscillation du pendule pour le rendre plus isochrone , les Français ont utilisé des angles de palette plus grands, supérieurs à 115°. Cela réduisait l'oscillation du pendule à environ 50° et le recul (ci-dessous), mais nécessitait que l'arête soit située si près de la couronne que les dents tombent sur les palettes très près de l'axe, réduisant l'effet de levier initial et augmentant la friction, nécessitant ainsi un plus léger pendules.

Désavantages

Comme on pouvait s'y attendre de sa première invention, la verge est le plus imprécis des échappements largement utilisés. Il souffre de ces problèmes :

  • Les montres et horloges Verge sont sensibles aux changements de force motrice; ils ralentissent au fur et à mesure que le ressort moteur se déroule. C'est ce qu'on appelle le manque d'isochronisme. C'était bien pire dans les horloges de verge et foliot en raison de l'absence d'un spiral, mais c'est un problème dans tous les mouvements de verge. En fait, la méthode standard d'ajustement de la cadence des premières montres à verge consistait à modifier la force du ressort moteur. La cause de ce problème est que les dents de la couronne poussent toujours sur les palettes, entraînant le balancier ou le balancier tout au long de son cycle ; l'élément de chronométrage n'est jamais autorisé à se balancer librement. Ainsi, une force d'entraînement décroissante entraîne un mouvement de va-et-vient plus lent du pendule ou du balancier. Toutes les montres à bord et les horloges à ressort nécessitaient des fusibles pour égaliser la force du ressort moteur afin d'obtenir une précision même minimale.
  • L'échappement a « recul », ce qui signifie que l'élan de la pendule ou Foliot pousse la roue de couronne momentanément en arrière, ce qui provoque de l'horloge train de roue pour se déplacer vers l' arrière, pendant une partie de son cycle. Cela augmente le frottement et l'usure, ce qui entraîne une imprécision. Une façon de savoir si une montre ancienne a un échappement à verge est d'observer attentivement la trotteuse ; si elle recule un peu à chaque cycle, la montre est une pointe. Ce n'est pas nécessairement le cas dans les horloges, car il existe d'autres échappements à pendule qui présentent un recul.
  • Dans les horloges à pendule, les grands angles d'oscillation du pendule de 80°-100° requis par la verge provoquent un manque supplémentaire d'isochronisme dû à une erreur circulaire .
  • Les larges oscillations du pendule provoquent également beaucoup de frottement de l' air , réduisant la précision du pendule et nécessitant beaucoup de puissance pour le maintenir, augmentant ainsi l'usure. Ainsi, les horloges à pendule de verge avaient des bobs plus légers, ce qui réduisait la précision.
  • Les montres Verge ont tendance à accélérer à mesure que la couronne et les palettes s'usent. Cela est particulièrement évident dans les montres de bord à partir du milieu du XVIIIe siècle. Il n'est pas du tout rare que ces montres, lorsqu'elles fonctionnent aujourd'hui, gagnent de nombreuses heures par jour, ou tournent simplement comme s'il n'y avait pas d'équilibre présent. En effet, au fur et à mesure que de nouveaux échappements ont été inventés, il est devenu à la mode d'avoir une montre fine. Pour y parvenir dans une montre à verge, la couronne doit être très petite, amplifiant les effets de l'usure.
Reproduction moderne d'une ancienne horloge à verge et foliot. La roue de bord à dents pointues est visible, avec la tige de foliot en bois et le poids suspendu au-dessus.

Déclin

Les échappements à verge ont été utilisés dans pratiquement toutes les horloges et montres pendant 400 ans. Ensuite, l'augmentation de la précision due à l'introduction du pendule et du spiral au milieu du 17ème siècle a attiré l'attention sur l'erreur causée par l'échappement. Dans les années 1820, la verge a été remplacée par de meilleurs échappements, bien que des montres à verge bon marché aient continué à être fabriquées tout au long du XIXe siècle.

Dans les montres de poche , outre son imprécision, l'orientation verticale de la couronne et la nécessité d'une fusée encombrante rendaient le mouvement de verge d'une épaisseur démodée. Les horlogers français ont adopté l' échappement à cylindre plus fin , inventé en 1695. En Angleterre, les montres haut de gamme sont passées à l' échappement à duplex , développé en 1782, mais des montres à verge fusée bon marché ont continué à être produites jusqu'au milieu du XIXe siècle, lorsque l' échappement à ancre a pris le relais. Ces dernières montres de bord étaient familièrement appelées «navets» en raison de leur construction volumineuse.

La verge n'a été utilisée que brièvement dans les horloges à pendule avant d'être remplacée par l' échappement à ancre , inventé vers 1660 probablement par Robert Hooke , et largement utilisé à partir de 1680. Le problème avec la verge était qu'il nécessitait que le pendule se balance dans un large arc. de 80° à 100°. Christiaan Huygens en 1674 a montré qu'un pendule oscillant dans un large arc est un garde-temps imprécis, car sa période d'oscillation est sensible aux petits changements de la force d'entraînement fournie par le mécanisme de l'horloge.

Bien que la verge ne soit pas connue pour sa précision, elle en est capable. Les premiers chronomètres de marine à succès , H4 et H5 , fabriqués par John Harrison en 1759 et 1770, utilisaient des échappements à verge avec des palettes en diamant. Dans les essais, ils étaient précis au cinquième de seconde par jour.

Aujourd'hui, le point n'est visible que dans les montres anciennes ou répliques d'antiquités. De nombreuses horloges de support d'origine ont leurs conversions d'échappement à ancre de l'ère victorienne annulées et le style d'origine de l'échappement à verge restauré. Les horlogers appellent cela une reconversion à la limite .

Voir également

Remarques

Lectures complémentaires

  • Gies, Françoise ; Gies, Joseph (1994). Cathédrale, forge et roue hydraulique : technologie et invention au Moyen Âge . HarperCollins Publishers, Inc. p. 210-215. ISBN 0060165901.

Liens externes