De la clepsydre à la montre à quartz

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• Publié par: science-magazine
• Publié le: 26 avril 2011
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De la clepsydre à la montre à quartz

Bien que ce mot soit dérivé du grec klepsydria, « voleur d'eau » car elle était utilisée pour limiter le temps de parole des avocats lors des procès, les Grecs n'en sont pas les inventeurs. La clepsydre était une horloge aussi bien connue des Égyptiens que des Amérindiens ou que des Grecs. C'est un instrument peu fiable car la vitesse d'écoulement de l'eau varie en fonction de la température et de la pression de l'eau.

On pense qu'elle a été inventée par les Égyptiens au XVIe siècle avant J.-C. C'est sous le règne d'Aménophis III (1408-1372 avant J.-C.) qu'a été fabriquée, la plus ancienne jamais retrouvée (sur le site de Karnak). Il s'agit d'un simple vase d'albâtre, aux parois évasées, dont le fond est percé d'une petite ouverture. L'usage et le fonctionnement des clepsydres se sont développés au cours du temps. En Grèce, son utilisation s'est répandue à partir de la

Grèce, son utilisation s'est répandue à partir de la seconde moitié du V siècle avant Jésus-Christ et c'est un physicien grec qui améliore considérablement cet instrument par un système de flotteur qui régule le débit dans un récipient annexe. Elle devient plus fiable mais elle doit être réglée sur le cadran solaire dont l'exemplaire le plus ancien date du XV siècle avant J.-C. Le cadran solaire indique le temps solaire par le déplacement de l'ombre d'un objet, le gnomon ou le style, sur une surface, la table du cadran, associé à un ensemble de graduations tracées sur cette surface. Petit à petit les deux techniques sont associées dans des horloges à eau astronomique mises aux points dès l'antiquité grecque. Ce n'est que bien plus tard que les Romains s'en servirent. En effet, ce fut en 159 avant Jésus-Christ que fut érigée une clepsydre publique pour suppléer, dans les jours de brume et pendant la nuit, les services du cadran solaire installé en 164 par le censeur Quintus Marcus Philippus.

Les Arabes et les Chinois ont fait évoluer cet instrument comme en témoignent la clepsydre à automates offerte en 807 à Charlemagne par l'ambassade du calife de Bagdad Haroun Al-Rachid, à et la gigantesque clepsydre réalisée en 1090 en Chine par le fonctionnaire Su Song pour l'empereur. Galilée utilisa ce type d'horloge en 1610 lorsqu'il étudiait la chute des corps. Jusqu'au XVIIe siècle, la clepsydre demeurait le garde-temps le plus précis.

Apparaît ensuite, en Europe, le sablier dont l'utilisation est avérée dès le XIV siècle bien qu'on ne sache pas exactement de quand date son invention. Constitué à l'origine de deux boules de verres placées l'une sur l'autre et reliées entre elles par un fin tuyau, il servait à mesurer un intervalle de temps. Réalisé d'une seule pièce, il est rempli de sable fin ou d'un corps similaire qui, placé en haut, s'écoule par l'effet de la pesanteur. Une fois le sable écoulé en totalité, il suffit de retourner le sablier pour mesurer une autre période de temps. Autrefois, le sablier était utilisé sur les bateaux quand le ciel était couvert et que les cadrans solaires étaient inopérants pour mesurer le service de bord de quatre heures, le quart. Il reste un instrument peu fiable en raison des nombreux facteurs qui peuvent affecter la durée d'écoulement du sable : la finesse du sable, la forme des bulbes, la taille du tube qui les relie, son usure par l'écoulement du sable, la position plus ou moins horizontale, l'effet des mouvements accentuant ou ralentissant l'écoulement du sable.

En 1370, apparaît la véritable horloge mécanique dont les villes d'Europe dotent leurs clochers et leurs beffrois. Elle est munie d'une pièce appelée foliot qui permet de réguler l'énergie fournie par un poids à une roue, le mouvement est ensuite transmis à des rouages qui entraînent les aiguilles. Peu précises elles peuvent perdre jusqu'à une heure par jour et sont donc quotidiennement réglées sur les cadrans solaires ou les clepsydres. En fait elles servent moins à indiquer l'heure qu'à rappeler, étant reliées à une cloche, aux moines leurs sept prières quotidiennes, du milieu de la nuit où on sonne la première prière, les matines, jusqu'aux deux dernières, les vêpres et complies, en fin de journée.

Il a fallu attendre 1657 pour qu'une nouvelle invention vienne révolutionner l'horlogerie. Elle est le fait d'un mathématicien, physicien et astronome hollandais Christiaan Huygens (1629-1695). C'est à partir des découvertes de Galilée (1564-1642) sur les propriétés des oscillations du pendule qu'il eut l'idée de remplacer le foliot par un pendule. L'horloger Salomon Coster réalisera la première horloge à pendule à partir des indications de Huygens. Presque toutes les transformées car la modification permettait d'abaisser les erreurs de 6 à 1. On ne trouve donc plus guère d'horloge à foliot. Le même Huygens inventa le spiral réglant, sorte de ressort, qui permit la réalisation de la première montre à spiral par Isaac Thuret, maître-horloger, en 1675. La précision de la montre est multipliée par 5. À la fin du XVIIe siècle est mise au point l'indication des heures et des minutes grâce à deux aiguilles concentriques qui font le tour en 12 heures et une heure, respectivement. Le grand horloger londonien Daniel Quare (1649-1724) créa notre cadran, qui sera modifié plus tard par l'ajout de l'aiguille des secondes. Aujourd'hui, la montre à quartz, dont le principe est connu depuis les années 1920, met tout le monde à l'heure. Elle fonctionne grâce à deux éléments essentiels : une pile à très faible consommation qui a remplacé le ressort et le quartz un composant dont la coupe et les dimensions définissent une fréquence précise, propriété mise en évidence en 1880 par Pierre et Jacques Curie.