Comment la croix de Malte fait avancer un film image par image

Avancer, puis s'arrêter net

Un moteur, une manivelle, une turbine : presque tout ce qui produit du mouvement le produit en continu. Or une foule de machines ont besoin de l'inverse. Avancer d'un cran, marquer l'arrêt, avancer encore. Une pellicule qui doit rester parfaitement immobile devant la lampe. Un plateau qui présente une bouteille sous le bec de remplissage, puis la suivante. Un compteur qui doit sauter d'un chiffre à l'autre.

On peut confier ce travail à un cliquet ou à un électroaimant. La croix de Malte le fait avec deux pièces seulement, sans ressort, et avec une qualité rare : pendant l'arrêt, la roue menée n'est pas simplement immobile, elle est verrouillée. Impossible de la faire tourner à la main. C'est ce verrou qui en a fait un classique.

L'anatomie : une goupille, des rainures, un verrou

Le mécanisme porte deux noms. « Croix de Malte » décrit sa silhouette : la roue menée, découpée de rainures droites séparées par des branches creusées en arc de cercle, rappelle la croix à quatre branches. « Entraînement de Genève », son nom anglais le plus courant, rappelle les horlogers qui l'ont rendu célèbre.

Côté moteur, une roue porte une goupille en bout de bras, et un disque plein dont un secteur est échancré. Côté mené, la croix. À chaque tour de la roue motrice, la goupille entre dans une rainure, pousse la croix, puis en ressort par le même chemin. Pendant tout le reste du tour, le disque plein s'appuie dans l'arc creusé entre deux rainures : la croix ne peut plus bouger. L'échancrure du disque n'existe que pour laisser passer les branches au moment précis où la goupille les entraîne.

La géométrie qui décide de tout

Tout repose sur une règle simple : la goupille doit entrer dans la rainure en glissant dans son axe, jamais en la frappant de biais. Au moment de l'entrée, la rainure est donc exactement dans le prolongement du bras de la goupille. La croix démarre ainsi à vitesse nulle, accélère, atteint sa vitesse maximale à mi-course, puis ralentit jusqu'à l'arrêt, sans choc à l'entrée ni à la sortie.

Cette règle fixe tout le reste. Avec n rainures, la croix tourne de 360/n degrés à chaque passage, et la roue motrice ne travaille que pendant 180 − 360/n degrés de son tour. Pour quatre rainures : la croix avance de 90 degrés pendant un quart de tour de la roue motrice, et reste verrouillée pendant les trois autres quarts. Avec six rainures, le mouvement ne dure plus qu'un tiers du tour. Même l'entraxe est imposé : pour quatre rainures, la distance entre les deux axes vaut la longueur du bras multipliée par racine de deux, environ 1,41.

Le rapport entre temps de mouvement et temps d'arrêt ne dépend donc que du nombre de rainures : il n'y a rien à régler, et rien ne dérive avec le temps.

Chez les horlogers : l'arrêtage

Bien avant le cinéma, la croix de Malte travaille dans les montres. Un ressort de barillet ne livre pas la même force selon qu'il est tout juste remonté ou presque détendu. Les horlogers ont donc cherché à n'utiliser que la partie centrale de sa course, la plus régulière.

La solution, appelée arrêtage, monte un doigt sur l'axe du barillet et une petite croix à côté. Mais une des branches de la croix est laissée pleine. Après un certain nombre de tours, le doigt bute contre cette branche : impossible de remonter davantage, ni de laisser le ressort se détendre jusqu'au bout. Quelques dents de géométrie remplacent un réglage délicat. On retrouve cet arrêtage dans des montres de poche anciennes et dans certaines boîtes à musique, d'où le nom de Genève resté attaché au mécanisme.

Au cinéma : vingt-quatre arrêts par seconde

Le cinéma pose un problème que la croix de Malte semble avoir attendu. Pour que l'image projetée soit nette, la pellicule doit être parfaitement immobile pendant qu'elle est éclairée, puis avancer d'une image exactement pendant que l'écran est dans le noir. Et recommencer vingt-quatre fois par seconde, la cadence du cinéma sonore.

Les premiers appareils emploient d'autres solutions : le Cinématographe de 1895 tire la pellicule avec une griffe mue par une came. Dès 1896, le pionnier allemand Oskar Messter monte une croix de Malte dans ses projecteurs, et le mécanisme s'impose pour tout le siècle. Dans un projecteur 35 mm classique, la croix porte un tambour denté de seize dents, le débiteur intermittent. Un quart de tour de croix fait passer quatre dents, soit quatre perforations : exactement une image.

Le reste est affaire de synchronisation. Un obturateur tournant masque la lumière pendant le quart de cycle où la pellicule bouge. Il est souvent doté de deux pales, si bien que chaque image est montrée deux fois : quarante-huit éclairs par seconde, assez pour que l'œil ne perçoive plus le scintillement. Le spectateur croit voir un mouvement continu. Il regarde en réalité une suite d'images fixes, tenues en place par un verrou.

Aujourd'hui : partout où il faut indexer

Le numérique a vidé les cabines de projection, mais la croix de Malte n'a pas pris sa retraite. Elle tourne dans des tables d'indexage de machines-outils, dans des lignes d'embouteillage et de conditionnement, dans des mécanismes de comptage : partout où un plateau doit présenter une pièce, s'arrêter le temps d'une opération, puis passer à la suivante.

Elle a aussi ses limites, et les ingénieurs les connaissent. À l'entrée et à la sortie de la goupille, l'accélération change brutalement. À faible vitesse, c'est insensible. À très haute cadence, ces variations fatiguent les pièces et font du bruit : on lui préfère alors des indexeurs à came, plus coûteux mais plus doux. Pour tout le reste, deux pièces bien dessinées font encore le travail.

Sur votre bureau

Notre Croix de Malte reprend la version la plus lisible du mécanisme : quatre rainures, une goupille, un disque de verrouillage. Trente-huit pièces, une dizaine de centimètres de côté, un montage classé débutant. C'est le kit que nous conseillons pour commencer.