Translation in English will be online soon
Lors d’une augmentation de la fréquence de l’organe réglant, il est nécessaire d’optimiser l’énergie. C’est premièrement en augmentant le facteur de qualité de l’oscillateur qu’il est possible d’avoir un gain en puissance. Nous avons donc décidé de commencer par travailler sur des oscillateurs sans pivots, car ceux-ci entrainent des pertes, notamment en position verticale où l’amplitude du balancier spiral chute. Etant donné qu’à haute fréquence l’oscillateur devient nettement plus rigide et doit fonctionner à faible amplitude, la suppression de pivots prend tout son sens. Le dimensionnement d’un résonateur horloger est un système vibratoire qui tire le maximum d’avantages de part sa configuration. Le facteur de qualité doit être le plus grand possible, la fréquence la plus stable possible, et les modes parasites qui peuvent perturber le mouvement de l’oscillateur doivent être évités. La création d’un résonateur est donc complexe et les possibilités sont très vastes. En regardant un peu dans la littérature scientifique on observe une multitude de formes et de types de résonateurs selon les applications visées. L’oscillateur mécanique le plus simple connu est la lame vibrante, et peut d’ailleurs être modélisé comme un oscillateur à un degré de liberté. Selon sa section, ses propriétés vibratoires changent légèrement; on passe d’une lame, à une poutre, à un fil ou même une plaque. Ensuite sa géométrie complexifie déjà son mouvement vibratoire: il suffit de comparer les modes vibratoires d’une simple lame droite avec la même lame courbée ou carrément enroulée en un spiral. Un organe réglant horloger sera évidement un résonateur complexe, constitué de plusieurs parties, lame couplée, masse répartie en différentes zones. C’est donc déjà un objet qui nécessite d’être modélisé comme un système à plusieurs degrés de liberté. Nos recherches Résonique visant à explorer les possibilités de développer des organes réglants horlogers hautes fréquences, nous avons testé les idées suivantes.
Résonateur Croix: quatre lames perpendiculaires couplées par une bague et quatre masselottes situées en bout de lame. Le principe est similaire à une lame vibrante, cependant le système impose une symétrie vibratoire qui tend à réduire les faibles variations de fréquence selon son orientation par rapport au champs de pesanteur. Les quatre masselottes sont en rotation en phase pour le premier mode vibratoire. Remarquons que bien que l’anneau de couplage ne se déforme que très faiblement, il sera aussi sollicité par le mouvement des quatre lames et participe ainsi à la rigidité des quatre bras.
Anneau oscillant: une bague circulaire qui se déforme en ellipse, avec quatre masselottes, et quatre bras de fixation. Les quatre masselottes auront un mouvement linéaire en opposition de phase pour le premier mode. Ce principe garde une double symétrie pour éviter les défauts de pesanteur, et permet de réduire les efforts sur la fixation. En effet le mouvement principal oscillant reste contenu dans la bague, les quatre lames servent uniquement à maintenir le résonateur en place et ne vibre que faiblement. Ce qui permet de réduire les pertes et donc d’augmenter le facteur de qualité. Remarquons que ce type de résonateur nous a permis d’observer d’autres modes vibratoires, qui ont un intérêt certain, et peuvent servir comme premier mode vibratoire par un redimensionnement de sa géométrie.
Anneau Oscillant, fréq. de 867 Hz, échappement a impulsion 1/8 ème de cycle
Double spiral inversé: deux lames couplées et agencées en parfaite symétrie, avec des masselottes au bout. Comme sur le principe du diapason, les bras vibrent en opposition de phase sur la simple excitation d’une lame. Ceci permet un gain supplémentaire en facteur de qualité. Effectivement l’énergie vibratoire contenue dans un bras est transmise à l’autre par faible couplage ce qui permet de la contenir et de la faire circuler plutôt que d’être absorbée par le support de fixation.
Double Spiral, fréq. De154 Hz, échappement a impulsion 1/2 de cycle
Différents styles de résonateurs ont été qualifiés. Leur facteur de qualité dépasse ceux des meilleurs balanciers spiraux. Nous avons pu mesurer des facteurs de qualité entre 500 et 2000 pour des fréquences entre 100 et 1000 Hz. Nous poursuivons notre recherche exploratoire de différents types de résonateurs avant d’entamer la phase d’optimisation d’une configuration précise.
