L'échappement à ancre, la pièce qui règle une horloge à pendule

Le problème : une énergie qui veut tout lâcher d'un coup

Une horloge mécanique, c'est d'abord une réserve d'énergie : un poids suspendu à une corde, ou un ressort enroulé. Laissé libre, le poids tombe en une seconde et fait tourner les rouages à toute vitesse. Il ne mesure rien du tout.

Pour compter le temps, il faut deux choses. Un oscillateur, qui bat à un rythme aussi constant que possible. Et un organe qui fait le lien entre cet oscillateur et les rouages : il bloque la roue, la libère d'un cran à chaque battement, et rend au passage une pichenette d'énergie à l'oscillateur pour qu'il ne s'arrête pas. Cet organe s'appelle l'échappement, parce qu'il laisse l'énergie « s'échapper » par petites portions. Le tic-tac que vous entendez, c'est lui.

Avant l'ancre : la verge et le foliot

Les premières horloges mécaniques apparaissent en Europe à la fin du XIIIe siècle, dans les clochers et les monastères. Leur échappement est dit à verge : une roue de rencontre, en forme de couronne dentée, pousse tour à tour deux palettes fixées sur un axe vertical. Au sommet de cet axe, une barre horizontale lestée de deux masselottes, le foliot, freine chaque aller-retour par son inertie.

Le système fonctionne, mais le foliot n'a pas de rythme propre : il bat plus ou moins vite selon la force qui le pousse. Ces horloges dérivaient facilement d'un quart d'heure par jour et devaient être remises à l'heure au cadran solaire. Elles n'avaient souvent qu'une seule aiguille, celle des heures. Pour les minutes, il faudra attendre un oscillateur digne de ce nom.

1656 : le pendule entre en scène

Galilée avait remarqué qu'un pendule bat à un rythme presque indépendant de l'ampleur de son balancement, du moins pour de petites oscillations. En 1656, le savant néerlandais Christiaan Huygens en tire la première horloge à pendule, brevetée l'année suivante. Le gain est spectaculaire : on passe d'écarts de l'ordre du quart d'heure à une quinzaine de secondes par jour.

Mais Huygens garde l'échappement à verge, qui oblige le pendule à balayer de grands arcs. Or plus l'arc est grand, moins le pendule est régulier. Il manque une pièce capable de se contenter d'un battement de quelques degrés.

Vers 1670 : l'ancre change tout

Cette pièce apparaît en Angleterre vers 1670. On l'attribue au savant Robert Hooke ou à l'horloger William Clement, sans que l'histoire ait vraiment tranché. Sa forme lui donne son nom : un arc de métal en forme d'ancre de marine, pivoté au centre, dont les deux extrémités portent des becs appelés palettes. L'ancre est reliée au pendule et se balance avec lui, au-dessus d'une roue d'échappement aux dents inclinées.

À chaque battement, une palette s'engage entre deux dents et bloque la roue, pendant que l'autre se dégage. La roue avance alors d'une demi-dent, glisse sur le plan incliné de la palette et lui donne une petite poussée. C'est cette impulsion qui entretient le balancement du pendule. Bloquer, libérer, pousser : trois gestes, à chaque tic et à chaque tac.

Avec l'ancre, le pendule n'a plus besoin que de quelques degrés d'amplitude. On peut donc l'allonger. Un pendule d'un peu moins d'un mètre, 99,4 centimètres sous nos latitudes, met exactement une seconde pour aller d'un côté à l'autre : c'est le pendule battant la seconde. Il fallait une haute caisse pour l'abriter. L'horloge de parquet était née, et elle allait garder le temps des maisons pendant plus de deux siècles.

Le recul, et ceux qui l'ont chassé

L'ancre de Hooke ou de Clement a un petit défaut, visible sur n'importe quelle horloge ancienne. Quand une palette arrête une dent, le pendule continue sa course et repousse légèrement la roue en arrière. L'aiguille des secondes tressaille : c'est l'échappement à recul. Ce recul perturbe un peu la régularité du pendule.

Vers 1715, l'horloger anglais George Graham dessine des palettes dont la face d'arrêt est un arc de cercle centré sur l'axe de l'ancre. La dent se pose dessus et attend, immobile, sans recul : c'est l'échappement à ancre à repos. Il équipe pendant deux siècles les régulateurs de précision, ces horloges de référence des observatoires et des horlogers.

Reste la montre, où aucun pendule ne peut battre. Vers 1755, l'Anglais Thomas Mudge adapte l'idée au balancier spiral et invente l'échappement à ancre libre : l'ancre ne touche le balancier qu'un bref instant à chaque oscillation, et le laisse osciller librement le reste du temps. Perfectionné au fil des générations, notamment en Suisse, ce principe bat aujourd'hui dans la quasi-totalité des montres mécaniques.

Le génie du partage

Ce qui rend l'ancre géniale, c'est le partage des rôles. Le pendule décide du rythme, mais il n'a aucune force. Le poids a toute la force, mais aucun sens du rythme. L'ancre fait l'interface : elle prélève à chaque battement juste assez d'énergie pour compenser les frottements du pendule, et pas un gramme de plus.

Les rouages, eux, ne font que compter. Si la roue d'échappement avance d'une dent toutes les deux secondes, il suffit d'un bon rapport d'engrenages pour que l'aiguille des minutes fasse un tour par heure. Toute l'horlogerie mécanique tient dans cette chaîne : une source d'énergie, un échappement, un oscillateur, un compteur.

Sur votre bureau

Notre Échappement à Ancre Simple isole ce battement de cœur et l'agrandit pour qu'on le suive à l'œil nu : la roue, l'ancre, ses deux palettes, et rien qui cache le mouvement. Quarante-huit pièces, environ seize centimètres de haut, un montage classé débutant.

C'est la porte d'entrée idéale vers l'horlogerie mécanique. Montez-le, faites-le battre, puis passez à l'Horloge à Foliot Médiévale pour remonter sept siècles en arrière. Vous verrez de vos propres yeux ce que l'ancre a changé.