- Comment règle-t-on la fréquence d’un oscillateur résonique ?
La fréquence des oscillateurs est liée aux matériaux ainsi qu’à la géométrie des pièces, elle est déterminée à la conception. La simulation par éléments finis permet de préciser ces variables, cependant, compte tenu des tolérances extrêmement faibles il est nécessaire d’ajouter un dispositif de réglage fin. L’horloger a ainsi la possibilité d’ajuster chaque oscillateur afin d’atteindre une précision de marche de l’ordre de la seconde.
L’oscillateur peut être vu en deux parties, une partie élastique qui se déforme et une partie inertielle qui représente la part la plus massive de l’oscillateur.
– La rigidité peut être modifiée de plusieurs manières en touchant à la partie élastique de l’oscillateur : en affinant les épaisseurs par retrait de matière, en réduisant la longueur par une modification de la pièce de fixation, ou en modifiant la valeur du module d’élasticité par traitement thermique.
– Modifier l’inertie se fait sur la partie massive, par retrait ou ajout de matière : c’est ainsi que sur nos derniers oscillateurs résonique, nous avons développé des masselottes asymétriques dont la position angulaire permet un réglage fin de l’inertie.
- La vitesse de rotation élevée du rotor entraine-t-elle une usure prématurée des pivots ?
Pour les vitesses de rotation testées l’usure des pivots est négligeable. Elle apparait même significativement réduite par rapport à celle d’une ancre fonctionnant à une fréquence équivalente. En effet, étant donné que l’énergie est transmise en continu, les chocs et contraintes sur les pivots sont nettement réduits.
- Avec quel matériau et avec quel processus de fabrication sont faits les oscillateurs ?
Les oscillateurs résonique que nous avons développés jusqu’à présent sont fabriqués à partir de plusieurs matériaux :
– En Nickel-Phosphore fabrication par procédé LIGA.
– En Silicium fabrication par procédé de gravure DRIE.
– En alliages à base Nickel avec des propriétés élinvar.
De nombreux matériaux sont envisageables, chacun apportant différents avantages suivant le type d’oscillateur développé. Le matériau influe sur le facteur de qualité de l’oscillateur, ainsi que l’impact des variations de température sur la fréquence.
- Y-a-t-il des complications dans la mise en application de la résonique en une montre bracelet ?
La mise en application de la résonique dans une montre bracelet ne pose pas de difficultés majeures. Le système résonique est relativement simple et permet d’améliorer la précision en travaillant principalement sur l’oscillateur. Il est donc tout à fait possible de l’intégrer dans un mouvement standard moyennant quelques adaptations.
Pour la mise à l’heure?
La mise à l’heure se fait de manière standard. Cependant nous avons choisi d’arrêter le mouvement pendant la mise à l’heure afin de ne pas appliquer de contraintes supplémentaires sur le rotor. Lorsque l’on active la mise à l’heure, le rotor est donc stoppé. Il est ensuite redémarré par un lanceur dès que l’on quitte le mode de mise à l’heure.
Pour le remontage ?
Pour l’énergie motrice nous avons décidé d’utiliser plusieurs barillets en série. Ceci a pour effet d’avoir un couple équivalent à un barillet unique mais de multiplier le nombre de tour de développement total. Il est donc possible de stocker plus d’énergie en gardant les mêmes contraintes. Le remontage se fait sur le dernier barillet manuellement ou automatiquement, suivant les procédés connus, et ne perturbe pas le fonctionnement du mouvement.
- Quelle est l’autonomie d’une montre résonique ?
L’autonomie d’une montre dépend de nombreux paramètres : la fréquence, la puissance de l’oscillateur, et la quantité d’énergie stockée. Le rendement global détermine alors la réserve de marche. L’autonomie d’une montre est donc un compromis entre précision et durée de marche. Le projet de recherche résonique s’est fixé le but d’améliorer ce compromis.
-Quelle est l’influence de la température sur l’oscillateur ?
Comme c’est le cas pour un balancier-spiral une variation de température provoque une variation de fréquence de l’oscillateur. En effet une augmentation de la température dilate l’oscillateur, mais également, modifie le module d’élasticité. Afin de limiter ces impacts et plus particulièrement le second, le choix du matériau a toute son importance. Il faut donc que celui-ci ait un module d’élasticité qui ne varie quasiment pas, comme les alliages type élinvar ou bien encore le silicium traité avec des oxydes. Il est aussi possible de créer des compensations par variation d’inertie en utilisant des bilames se déformant avec la température.
- Les variations de l’aimantation entrainent-t-elles une variation de la fréquence de l’oscillateur, comme pour un pendule magnétique ?
Non, les aimants servent uniquement à transmettre l’énergie, par le biais de force magnétique. Une variation de l’aimantation entraine une variation de l’amplitude de l’oscillateur mais pas de la fréquence. La fréquence est garantie uniquement par l’inertie et les propriétés élastiques de l’oscillateur.
- Comment se comporte l’aimantation dans la durée ?
Avec les matériaux modernes, aimant néodymes par exemple, la désaimantation due au vieillissement ou à l’action d’un champ magnétique (pas trop intense), peut être considérée comme négligeable. Le fabricant garantit une perte de moins de 5% par siècle, dans des conditions d’utilisation normale, température en dessous de 80°C et champ à proximité pas trop intense. Nous avons une sécurité qui permet 25% de variation de l’aimantation, nous pouvons donc considérer que les aimants seront suffisamment actifs pour les 500 prochaines années.
- Quelle est l’influence de la variation de température sur les aimants ?
Le champ rémanent des aimants permanents varie en effet avec la température, la variation est faible et réversible jusqu’à la température maximum d’utilisation, l’aimantation disparait complètement à la température de Curie. Les aimants utilisés ont une température maximum de 100°C, une température de Curie de 300°C et un coefficient de variation de la rémanence en température de -0.1% par °C à partir de 20°C. Une température de 70°C provoquera une baisse de 5% ce qui entre dans nos tolérances.
- L’influence des aimants est-elle néfaste sur le reste du mécanisme?
Les aimants utilisés ont des dimensions très réduites, le champ magnétique présent est donc très localisé. Le champ magnétique présent sur le reste du mécanisme peut être considéré comme négligeable, même à long terme, il n’est pas suffisant pour aimanter d’autres pièces mécaniques.
- Un champ magnétique élevé peut-il dégrader les aimants ?
Oui, s’il est réellement élevé. Dans de telles conditions d’utilisation une montre classique subirait elle aussi des problèmes de magnétisation du mécanisme. Pour une utilisation dans de telle condition, il est possible d’isoler le mouvement par une sorte de cage de Faraday en mu-métal. La montre est alors considérée comme amagnétique, insensible aux champs magnétiques.
