La technologie à l’établi : Le titane

Ceci est le deuxième épisode de notre série « La technologie à l’établi ». À l’instar du premier article qui traitait des innovations de Breguet dans le domaine du silicium, porter un regard sur le travail pionnier accompli par Breguet avec le titane démontre non seulement un degré semblable d’inventivité et des brevets qui en découlent, mais également le même esprit consistant à mettre la technologie au service de l’avancement de l’art horloger, tout en restant fidèle aux riches traditions artisanales.

L’attrait initial du titane résidait dans sa combinaison unique d’une grande résistance et d’un poids léger (ou pour être plus précis au niveau scientifique, sa « faible densité »). Repoussant les limites du rapport force/poids par le choix des matières est une longue tradition chez Breguet, bien que les efforts les plus notables à cet égard aient été consentis non pas dans les ateliers horlogers, mais par la branche aéronautique de Breguet. En effet, Louis Breguet, arrière petit-fils d’Abraham-Louis Breguet, était une figure tutélaire dans le domaine de l’aéronautique, avec une carrière s’étirant sur un demi-siècle depuis son premier gyroplane (précurseur des hélicoptères modernes) en 1907, jusque dans l’essor de l’aviation civile après la Seconde Guerre mondiale. Il a développé l’avion de reconnaissance biplace Breguet XIV employé pendant la Première Guerre mondiale et était à la pointe dans la construction d’avions intégrant un métal très léger : l’aluminium.

Le garde-temps qui a fourni l’impulsion pour la recherche d’une solution technique sous la forme d’une matière légère est la Tradition Tourbillon. Celui-ci a été conçu dès le départ comme une référence horlogère qui relierait les innovations de Breguet les plus modernes et les plus visionnaires avec ses inventions signatures que sont le tourbillon, le spiral Breguet ou le mécanisme de force constante. Placés au sein de la collection Tradition, les éléments les plus importants devaient être positionnés du côté cadran pour qu’on puisse les admirer pendant que la montre était au poignet. 

Quatre composants majeurs étaient donc sous les feux de la rampe : le tourbillon, le cadran lui-même, le barillet et la fusée à force constante. La recherche d’équilibre esthétique entre ces éléments a abouti à la réalisation d’un tourbillon pour montre-bracelet doté du plus grand diamètre jamais vu dans l’histoire de la Maison.

Les approches classiques furent rapidement consignées à l’oubli. Pour comprendre le défi auquel les constructeurs de mouvements Breguet étaient confrontés, il suffit de réfléchir sur l’architecture d’un tourbillon. L’organe réglant d’une montre consiste en un balancier, un spiral et un échappement. L’alternance des phases d’impulsion et de repos d’un échappement, qui détermine la marche de la montre, est dictée par les oscillations du balancier et de son spiral. La gravité joue un rôle, car selon la position verticale de ses éléments, la marche peut être légèrement accélérée ou freinée sous l’effet exercé par la force gravitationnelle sur ces composants. La conception de génie du tourbillon, que le fondateur Abraham-Louis Breguet a breveté en 1801, s’attaque au problème des erreurs induites par la gravité. Sa solution consistait à placer le balancier, le spiral et l’échappement dans une cage et à faire tourner cet ensemble constamment sur 360 degrés, afin de compenser les erreurs dues à la position. Sur la plupart des modèles actuels, chacune de ses rotations dure une minute, alors qu’Abraham-Louis Breguet a conçu son tourbillon avec diverses vitesses de rotation.

Les constructeurs Breguet furent confrontés à ce qui semblait être des obstacles impressionnants liés à la cage et au balancier. Comment concevoir une cage robuste à grand rayon, abritant un balancier à grand diamètre et faire tourner l’ensemble sans nécessiter un couple excessif et sans consommer une trop grande quantité de l’énergie fournie par le barillet, sans trop augmenter le frottement rotationnel ni induire une trop grande vulnérabilité aux chocs potentiellement subis ? 

Il y avait d’ailleurs une contrainte additionnelle spécifique à l’inertie du balancier qui, comme nous le verrons dans le paragraphe suivant, est étroitement liée à la fréquence de l’oscillateur : une augmentation de l’inertie d’un balancier réduit sa fréquence. Dans sa taille habituelle, telle que celle des tourbillons figurant dans la collection Classique de Breguet, une cage en acier et un balancier en Glucydur fonctionnent parfaitement. 

Mais lorsque le diamètre de la cage s’élargit de 40 %, passant de 12 mm à 16.8 mm, et celui du balancier de 9.95 mm à 13.8 mm, comme il était prévu pour le modèle Tradition Tourbillon, les exigences en termes de couple, de consommation d’énergie, de rigidité, de poids, de frottement et de résistance aux chocs auraient augmenté de manière spectaculaire si aucune solution n’était trouvée pour réduire la masse.

Le rapport force/poids très favorable du titane a montré la voie à suivre. Cette alliance heureuse nous offre d’ailleurs une belle opportunité didactique pour nous pencher sur la construction des mouvements. La marche d’une montre est en grande partie déterminée par deux facteurs : l’inertie du balancier et la rigidité du spiral. Puisque les caractéristiques d’un spiral sont normalement une donnée existante, c’est sur le premier facteur, et donc l’inertie, que les constructeurs focalisent leur attention. Sans recourir à des calculs mathématiques et aux ordinateurs qui sont impliqués dans le processus de construction, nos expériences quotidiennes illustrent ses principes fondamentaux. Nous avons tous regardé des patineurs artistiques exécutant des pirouettes. Alors que ce mouvement commence avec les bras étendus, l’inertie du patineur est très grande ; ensuite, lorsque les bras sont ramenés vers le corps, l’inertie diminue et la vitesse de rotation est fortement augmentée. Deux idées de base sous-tendent ce phénomène. 

Tout d’abord, la vitesse de rotation est inversement proportionnelle à la somme d’inertie, ce qui implique qu’au fur et à mesure que l’inertie diminue, la vitesse s’accroît. Deuxièmement, l’inertie dépend autant de la masse que du rayon de la masse. Plus la masse est grande, plus l’inertie sera haute (un patineur léger peut tourner plus vite qu’un autre plus lourd), et plus le rayon est grand, plus grande sera l’inertie (lorsque les bras du patineur sont étendus, le rayon est plus grand, et diminue lorsque les bras sont ramenés vers le corps). 

Imaginez maintenant un balancier, en tenant compte des principes appris de l’exemple du patineur. Son inertie dépendra à la fois de son rayon (plus grand sera le rayon, plus grande sera l’inertie), et de son poids (plus le balancier sera lourd, plus grande sera l’inertie). Les mouvements Breguet règlent l’inertie afin d’ajuster la marche de la montre. Ses balanciers sont équipés de vis en or très lourdes qui peuvent être ajustées vers l’intérieur (pour moins d’inertie) ou vers l’extérieur (pour plus d’inertie) afin de régler très précisément la marche.

Dans le but de concevoir un balancier au large diamètre, ainsi qu’une cage d’un diamètre suffisamment grand pour l’abriter, les constructeurs de mouvement Breguet ont commencé par un des facteurs d’inertie déjà grand : le rayon. Si les matières employées devaient être les mêmes que dans les autres tourbillons alors dans la collection, l’épaisseur du balancier et de la cage devrait dès lors être significativement réduite afin de diminuer la masse. Cela risquait bien entendu d’augmenter la fragilité, ce qui pouvait à son tour compromettre la robustesse. 

Le titane se profila comme une solution idéale. Sa densité étant de moitié inférieure à celle du Glucydur habituellement utilisé pour les balanciers, et moindre aussi que celle de l’acier généralement employé pour la cage, la réduction de la masse compensait l’augmentation du rayon. Le titane s’avérait en fait idéal, car pour un niveau donné d’inertie, sa masse serait bien réduite par rapport aux approches précédentes. C’est une association particulièrement favorable eu égard à tous les autres facteurs qui sont améliorés lorsque la masse est réduite : la consommation d’énergie, la friction et la résistance aux chocs. Pour toutes ces raisons, Breguet a choisi le titane pour le balancier et pour la cage. De plus, le titane promettait un avantage supplémentaire puisque, contrairement à l’acier, il est amagnétique. Ce travail pionnier dans la production d’un balancier en titane désormais breveté est ainsi une exclusivité du groupe auquel appartient Breguet.

Le rapport inertie/masse très favorable n’a cependant pas apporté aux constructeurs une solution toute faite. Le titane est une matière très difficile à usiner. Il a fallu développer un outillage spécifique. L’usure a nécessité un remplacement très fréquent des outils de coupe, ce qui rend son emploi plus cher que les matières conventionnelles existantes. De plus, la grande chaleur générée par le découpage nécessite la prise de grandes précautions pendant la production, pour éviter que le composant ne prenne feu.

L’attachement de Breguet aux finitions manuelles a également soulevé des défis. Pour un modèle haut de gamme tel que la Tradition Tourbillon, les surfaces plates comme les bords des composants du mouvement tels que la cage du tourbillon ont dû être méticuleusement décorés à la main. 

Avec des matières classiques, les méthodes employées reflètent une longue tradition horlogère: les surfaces plates sont finement brossées et les flancs sont anglés et polis, avec une succession de limes toujours plus fines suivie par un polissage final au bois avec un abrasif fin. 

Toutes ces traditions ont été entièrement revisitées pour tenir compte des caractéristiques spécifiques du titane. Pour les surfaces plates, Breguet a développé une technique de sablage qui a nécessité beaucoup de mises au point afin de sélectionner les matières et les pressions qui permettraient d’atteindre l’esthétique recherchée sans laisser des résidus indésirables. L’anglage a été encore plus complexe. 

Tant les matières que les techniques ont dû être adaptées tout en restant fidèle aux fondamentaux de l’anglage par le biais de limage à la main et de polissage. Les spécialistes des finitions chez Breguet ont cherché des limes et des abrasifs pouvant être utilisés dans le polissage final au bois et qui seraient efficaces pour angler le titane. Il y avait non seulement des défis liés à la dureté du titane, mais également la nécessité de perfectionner des techniques manuelles tenant compte de la plus grande souplesse du titane par rapport aux matières standard. Au final, une alliance réussie entre la modernité du titane et les grandes traditions de la finition haut de gamme pratiquée dans la Vallée de Joux.

Le résultat était époustouflant : un tourbillon extralarge, sans compromis en termes de performances, dont la taille s’harmonisait avec les trois autres composants affichés du côté cadran.

D’autres considérations étaient en jeu dans la création de la Classique Tourbillon Extra-Plat. Ici, le but était de créer un tourbillon à remontage automatique d’une minceur éblouissante. Les constructeurs de mouvement Breguet ont atteint cet objectif et l’ont même dépassé, car le mouvement du Tourbillon Extra-Plat est le tourbillon automatique extra-plat le plus fin du monde, avec une épaisseur de seulement 3 mm. La construction extra-plate impliquait un ensemble d’exigences tout à fait unique.

Afin de réduire l’épaisseur du mouvement, le tourbillon n’est plus mû par un pignon situé sous le point inférieur du tourbillon ; à la place, le rouage partant du barillet délivre la force à la denture positionnée sur la périphérie de la cage. Pour des raisons semblables liées à la recherche de finesse, au lieu de faire engrener le pignon avec une roue fixe montée sous la cage, l’échappement s’engrène avec un anneau monté à l’extérieur.

Afin d’assurer la robustesse et la résistance aux chocs de ces deux innovations en termes d’architecture du calibre, les constructeurs de mouvement Breguet ont cherché à réduire au minimum le poids de l’ensemble tourbillon. Cela a naturellement influencé la décision d’utiliser le titane pour la cage du tourbilon ainsi que pour le balancier. Le poids plume de cet ensemble requiert moins d’énergie que les alternatives plus lourdes et contribue à la réserve de marche de 80 heures, prouesse extraordinaire pour une telle structure extra-plate.

Le titane s’avéra également une matière de choix pour les pièces féminines. Pour la Reine de Naples Jour / Nuit, Breguet a crée un cadran rotatif jour / nuit véritablement unique portant une représentation de la lune et des étoiles – symbolisant bien sûr la nuit – alors que le balancier figurait le soleil, porté par un pont supérieur doré faisant office d’aiguille 24 heures. Le disque lui-même est orné de lapis lazuli (pierre semi-précieuse). L’ensemble est mû par le barillet et tourne constamment sur 24 heures. 

Ce disque rotatif sert non seulement à porter les éléments les plus essentiels du mouvement que sont le balancier et l’échappement, mais également comme support d’un disque décoratif relativement lourd en lapis lazuli, lui-même orné d’étoiles en or et de nuages en nacre. Le poids léger du titane se prête bien aux éléments de construction qui soutiennent cet affichage très élaboré, et les constructeurs de Breguet l’ont utilisé pour les éléments structurels de la platine servant à la rotation. Deux autres éléments en métal léger ont été ajoutés au modèle Jour / Nuit. D’abord, la lune. Le titane a été choisi pour le lustre singulier que sa terminaison lui confère. Pour le disque portant le lapis lazuli, élément non-structurel, le choix s’est porté sur l’aluminium.