FAITS
L’effet radiométrique est terriblement dépendant de la
qualité du vide et de la puissance lumineuse. Il peut donc
a priori sembler inutile de l’utiliser pour faire mouvoir un pendule car
l’isochronisme du balancier serait la première à en souffrir.
Mais voilà : cette horloge fut depuis le début conçue
pour s’adapter aux circonstances physiques défavorables et compenser
d'elle-même tout ce qui pouvait faire fluctuer l'amplitude du balancier.
Prenons un exemple: si la puissance des lampes augmente, l'amplitude suivra
automatiquement. Le balancier arrivera donc plus rapidement devant la cellule,
ce qui enclenche l'ampoule halogène plus tôt, freinant le
balancier de quelques millionièmes de secondes pour le repousser
ensuite comme d'habitude. C’est ainsi que ce pendule est autocompensé.
Les tests montrent que si une des ampoules vient à manquer, l’oscillation
du pendule n’en sera pas plus accélérée que de 5 millionièmes
de secondes par oscillation.
Les problèmes rencontrés lors de la construction de cette
horloge furent essentiellement des problèmes de plombier. Car faire
du vide est facile, mais le garder l’est beaucoup moins. Des joints fuient,
des tuyaux sont poreux… Sur les six mois consacrés à sa fabrication,
trois furent perdus à résoudre d’ingrats problèmes
d’étanchéité.
Cette horloge mérite une grande sœur. C’est pourquoi je
travaille actuellement sur la construction d’un pendule photonique. Le
balancier ne sera plus alors propulsé que par la force inertielle
des photons réfléchissant contre une surface métallique.
(principe des voiles solaires)
2) PESTOLINE (Horloge et pendule de Foucault)
On a pris l'habitude de voir de grands pendules de Foucault placés
dans de hauts bâtiments, et dont le balancier est le plus lourd possible.
(jusqu'à 50 mètres de haut et 300 kg ) Ces instruments nous
donnent une course qui peut aller jusqu'à 10 secondes. Mais pourquoi
ne voit-t-on jamais de petits pendules de Foucault ?
LE PRINCIPE
La terre tourne. Un pendule libre d’osciller dans n’importe quel sens
et placé au pôle nord mettra 24 heures pour tourner sur lui-même
dans le sens horaire. C’est simplement que la terre fit un tour sur elle-même
dans le sens antihoraire et que le pendule, lui, n’a pas bougé.
Un observateur quelque part dans une lointaine galaxie placée
au-dessus ne le verrait pas tourner du tout. Ce pendule, placé au
pôle Sud, met le même temps pour faire un tour complet, mais
dans le sens antihoraire. Et enfin ce même
pendule placé sur l’équateur ne tourne plus du tout :
son plan d’oscillation reste fixe tel celui d’une horloge. Ainsi, un observateur
de cette horloge, placé n’importe où sur la terre, devrait
être capable de dire l’heure, la latitude et l’hémisphère
où il se trouve. Les pendules courts (moins de 2 mètres)
sont rarissimes car ils ne sont pas faciles à fabriquer. Certaines
lois de la
physique deviennent si contraignantes en-dessous de cette longueur
qu’elles finissent par annuler l’effet de Foucault. Il faut supprimer la
précession de l’ellipticité pour qu’un pendule aussi court
fonctionne. Ce phénomène fascine les physiciens et son explication
ne remplit pas moins de trois pages de formules mathématiques.
CONSTRUCTION
Il s’agit ici d’une horloge électromagnétique: une bobine
envoie une impulsion répulsive à un aimant placé sous
le balancier. Cette même impulsion fait avancer l’aiguille des secondes,
qui entraîne celles des minutes et des heures. Elle repousse le balancier
quelqu’en soit le sens de l’oscillation. La base de temps est donnée
par la longueur du pendule et peut être réglée en vissant
la masselotte ou alors en raccourcissant le fil. (opération qui
peut être effectuée sans dommage pendant que le balancier
oscille) La précession de l’ellipticité est annulée
par un anneau de Charron usiné dans un rubis de 3 mm de diamètre
intérieur, placé au dixième supérieur du balancier.
L’attache du fil est fixée sur une compensation de température
bimétallique .
L’ensemble est alimenté par 4 piles de 1.5 volts, qui lui assurent
une année de fonctionnement. L’heure peut aussi être lue sur
le cadran circulaire situé sous le balancier.
FAITS
Un pendule court qui fonctionne ressemble à un miracle car la
force de Coriolis qui fait tourner le pendule est de l’ordre du millionième
de Newton. Un rien suffit pour l’annuler. C’est comme une équation
à 7 inconnues dont les paramètres seraient les suivants :
tensions internes, centrages et niveaux de la suspension, homogénéité
magnétique de l’aimant, niveaux de la bobine, équilibre
de l’axe du balancier et centrage de l’anneau de Charron. Qu’un seul de
ces paramètres change et le pendule se contentera d’osciller sans
tourner. Leurs réglages prend au minimum deux semaines sous nos
latitudes. Une fois ces paramètres résolus, le pendule tournera
sans plus aucun problème. Il sera étonnamment insensible
à l’impulsion de départ, aux courants d’air, au champ magnétique
terrestre et autre vibrations de la pièce où il se trouve.
Tout bon horloger devrait s’arracher les cheveux en voyant une telle
courbe. Le graphique ci-dessus nous révèle que
cette horloge avance de 7.8 secondes par jour, ce qui se règle très
facilement en descendant le balancier. Mais il montre aussi une chose bien
plus importante: une succession de pics, dont chacun indique une révolution
du pendule. On y voit aussi des perturbations récurrentes en fond
de courbe, qui prouvent que la suspension n’est pas parfaitement isotrope.
Toutes ces anomalies reviennent à chaque révolution et leur
moyenne est toujours la même. Il n’y a donc pas forcément
un choix à faire entre la précision de l'heure ou celle de
l'effet de Foucault : ce pendule prouve pour la première fois que
les deux pouvaient cohabiter ensemble.
Le réglage de la base de temps (longueur du pendule) dépend
donc intimement de la latitude où se trouve l’horloge, à
l’instar du temps de révolution du pendule. A Sion, il est
de 16 heures 33 minutes. Pour régler cette horloge, il faudra donc
attendre ce laps de temps (ou n’importe lequel de ses multiples) avant
de faire un quelconque réglage de la hauteur de la masselotte. Toute
autre tentative sera vouée à l’échec.
Ce pendule n’était qu’un prototype mais les essais furent si
concluants qu’il fut suivi par quelques autres. Mes recherches actuelles
portent sur les influences mutuelles de deux pendules de Foucault d’inégales
longueurs et de poids différents suspendus sous le même plafond,
grâce aux mouvements induits dans la dalle de béton. Toute
la question est de savoir qui influence qui : le lourd, long et lent
pendule ou celui qui est court, rapide et léger. Une
bouteille de petite arvine sera volontiers offerte à celui qui m’apportera
enfin la réponse.
3) FLORENCE (Horloge
à billes)
LE PRINCIPE
Cette horloge par est mue par la chute d’une bille par heure. La longueur
du balancier est réglée à une oscillation par seconde.
Une bille tombe chaque heure pleine dans un labyrinthe et pousse ainsi
le balancier, lui insufflant assez d’énergie pour osciller encore
une heure par sa seule inertie. Il n’y a pas de compensation de température,
car les tiges du balancier sont en invar. La remontée de la bille
se fait grâce à un petit moteur électrique. Le réglage
fin de la longueur du pendule se fait en tournant la petite masselotte
placée sous le balancier.
CONSTRUCTION
Cette horloge ne pourrait jamais fonctionner si son châssis était
rectangulaire; il doit impérativement être triangulaire pour
éviter toute torsion due au balancement du lourd pendule. (un châssis
rectangle accuse un centième de millimètre de torsion par
oscillation, ce qui annule toute l'inertie du balancier.) L’autre secret
réside dans le moment précis où doit tomber la bille,
car elle doit impérativement pousser le balancier dans le sens de
l’oscillation. En effet, une libération intempestive de cette bille
agira comme frein de balancier plutôt que comme moteur.
Le système de remontée de la bille mérite d’être
cité, car c’est lui qui fait que cette horloge paraît si cohérente.
Un petit moteur tourne un excentrique et soulève ainsi la bille
du fond. En montant, celle-ci écarte cinq autres disposées
en cercle et pousse ensuite une colonne de 7 billes dont la plus haute
va pouvoir redescendre et donner plus d’amplitude au balancier. Ce faisant,
les 5 billes circulaires se referment derrière la colonne, l’empêchant
ainsi de pouvoir redescendre.
FAITS
Cette horloge fut à l’époque créée sans
aucune prétention de précision mais la surprise fut grande
quand j’ai dû constater qu’elle ne fluctuait de pas plus de 4 secondes
par mois. Plus intéressant est le diagramme indiquant les variations
temporelles à l’intérieur même de l’heure. Au
début du graphique qui suit, le balancier est trop rapide: il bat
à 0.999900 seconde. Il accélère de plus en plus durant
dix minutes pour arriver à 0.999827 jusqu'à ce que tombe
la bille des heures, ce qui produit le premier pic. Le balancier ralentit
brusquement de 300 millionièmes de secondes, puis se met à
accélérer en faisant une vague toutes les deux minutes. Ces
vagues onduleront durant une heure entière en s'affaiblissant peu
à peu jusqu'à l'arrivée de la bille de l'heure suivante.
Le seul moment où le balancier bat précisément
la seconde se situe donc exactement à mi-chemin entre deux heures
pleines, à savoir pendant la demi-heure. (Tout bon horloger
voyant ceci devrait perdre maintenant ses derniers cheveux )
CONCLUSION
Une seule chose est certaine:aucune de mes reéations ne peut
être traitée de raisonnable.Il n'est pas raisonnable de passer
des années à extraire le plus d'énergie possible de
la chute d'une bille, de tenter de faire circuler quelques rares molécules
autour d'unefeuille de mica ou d'arriver à voir tourner la terre
sans lever les yeux vers les étoiles.Faut-il finalement nommer tout
cela ? Est-ce de l’art, des expériences scientifiques ou de l’horlogerie
? Je ne le sais pas. Chacun y a apporté sa propre vision jusqu’à
présent et c’était très bien ainsi. Ceux que ces pièces
intéressent peuvent les retrouver sur le site www.betrisey.ch. Ils
pourront ainsi y découvrir une quinzaine d’autres encore moins
raisonnables, avec tous les détails techniques, anecdotes de construction,
diagrammes et vidéos.