Tourbillon manufacture silicon

Histoire

fconstant7De tous les mécanismes délicats et compliqués inventés par les horlogers au fil des siècles, le Tourbillon est l’une des complications les plus estimées et recherchées par les collectionneurs et les amateurs de garde-temps de prestige. La fabrication d’un mécanisme de Tourbillon est extrêmement complexe en raison du degré de précision requis pour toutes les pièces qui le composent, et nécessite des horlogers hautement qualifiés et expérimentés pour pouvoir le fabriquer. En alliant les complexités techniques à la valeur esthétique qui contribuent au charme de ce garde-temps. Frédérique Constant présente ainsi en 2008 l’une de ses plus belles réalisations: son Tourbillon Manufacture Silicium.
Conformément aux progrès de l’industrie horlogère, Frédérique Constant cherchait à adapter de nouveaux matériaux pour ses calibres Heart Beat Manufacture. Pouvoir supprimer la nécessité d’une lubrification régulière de la roue d’échappement représentait une amélioration majeure dans l’industrie horlogère. Frédérique Constant a ainsi développé son Tourbillon Manufacture Silicum doté d’une roue d’échappement en silicium, roue qui ne nécessite plus de lubrification. Le silicium est un matériau idéal pour la fabrication des montres, car il est amagnétique, extrêmement dur (1 100 Vickers par comparaison à l’acier, qui a une dureté de 700 Vickers), et très résistant à la corrosion. Le plus gros avantage d’une roue d’échappement en silicium est qu’elle n’a pas besoin d’être lubrifiée. De ce fait, les inconvénients auparavant recensés comme la dilution et le dessèchement de l’huile liés à son vieillissement sont supprimés.

Echappement Silicium

La précision d’un mouvement mécanique dépend de la précision de son dispositif de mesure du temps. Le dispositif horloger du calibre mécanique Heart Beat de Frédérique Constant est constitué du balancier, du ressort spiral et de l’échappement. Le balancier oscille à une fréquence de 4 Hz. La période d’oscillation du balancier détermine la précision. L’élément crucial dans la conception d’un échappement consiste à fournir juste assez d’énergie au balancier pour qu’il continue d’osciller, tout en interférant aussi peu que possible dans le mouvement d’oscillation libre du balancier. A mesure que le lubrifiant de l’échappement vieillit, les frottements augmentent, et le balancier reçoit moins d’énergie. L’échappement doit
perpétuer le mouvement du ressort.
Dans l’histoire de l’horlogerie, cette exigence a induit des frottements considérables dans l’échappement. Les dents de la roue d’échappement sontentraînéesparl’énergieduressortprincipaletcoulissentvéritablement contrel’ancreavantdes’emboîter;c’estcefrottementquilancelebalancier et qui impose une lubrification. Dans les échappements modernes, les palettes sont fabriquées dans une pierre extrêmement dure et polie, mais la lubrification demeure un élément essentiel. Le tic-tac d’une montre Frédérique Constant provient du bruit de l’emboîtement de l’ancre dans les dents de l’échappement. Si la lubrification est déficiente (en raison de la dilution ou du dessèchement de l’huile lié au vieillissement), alors l’échappement peut être endommagé, ce qui implique le remplacement des pièces métalliques. La fiabilité accrue des montres modernes découle avant tout des huiles de qualité supérieure qui sont utilisées pour lubrifier l’échappement. D’une manière générale, un calibre mécanique doit être nettoyé et lubrifié tous les quatre ans.
Fabrication
La fabrication des roues d’échappement en silicium requiert un nouveau procédé technologique appelé gravure profonde par ions réactifs (DRIE). Une image multiple des roues d’échappement est produite et projetée sur une galette de silicium mesurant 100 mm de diamètre sur 0,5 mm d’épaisseur. Les galettes standard se déclinent dans plusieurs tailles comprises entre 25,4 mm et 300 mm, pour une épaisseur de l’ordre de 0,5 mm. Généralement, elles sont découpées dans un lingot de silicium au moyen d’une scie ou d’un câble à diamant, puis polies sur une ou deux faces. Une galette de 100 mm permet de fabriquer approximativement 250 roues d’échappement. La galette est composée de trois différents substrats (ou couches) de silicium. Le substrat central sert de couche de séparation. Une fois que l’image des roues d’échappement est projetée sur la galette, le substrat poli exposé est supprimé, découvrant les parties non exposées de la galette. Puis le substrat poli non exposé est découpé avec du plasma jusqu’à la couche de séparation. Les roues d’échappement sont donc obtenues par gravure isotrope.
Les pièces qui résultent de cette opération n’ont plus qu’à être nettoyées en surface. Elles sont toutes identiques et n’ont pas besoin d’être équilibrées, centrées ou polies. Les galettes jouent donc un rôle décisif dans la fabrication des roues d’échappement en silicium de Frédérique Constant.

Principaux avantages des
 Roues d’Echappement en silicium

Au fil du temps, l’huile dans votre montre traditionnelle séchera et devra être remplacée.
Toutefois, avec l’introduction d’un échappement en silicium dans lequel aucune huile n’est ni nécessaire ni utilisée, cela n’arrivera plus, car votre montre Frédérique Constant continuera à très bien fonctionner sans huile. Ne pas utiliser d’huile dans la roue d’échappement signifie également que le risque de diffuser de l’huile sur d’autres parties du mouvement et d’endommager la précision de votre montre est inexistant. En effet, votre montre Frédérique Constant continuera à être extrêmement précise en tout instant. Parce que la roue d’échappement est extrêmement légère, elle a une inertie très faible, ce qui réduit l’usure sur cette partie et ce qui donc augmente encore plus son efficacité. Les frottements réduits entre la roue et l’ancre limitent la perte d’énergie, si bien que l’énergie requise par le calibre est moindre.

Tourbillon manufacture silicium

fconstant8La gravité est l’une des principales causes des écarts de marche de la roue de balancier d’un mouvement mécanique. La marche d’une roue de balancier doit être parfaitement constante pour garantir la précision de la mesure du temps. Un mécanisme de Tourbillon permet de supprimer les écarts de marche lorsque la montre est en position verticale, et compense ainsi les effets de la gravité terrestre sur cette dernière.
Le Tourbillon Frédérique Constant est composé d’une cage mobile “pilotée” par le train d’échappement. C’est cette cage qui porte la roue de balancier et l’échappement. Lorsque la montre change de position, la roue du balancier reçoit une impulsion qui provoque la rotation de la cage sur son axe, avec les éléments qu’elle contient. La cage effectue une rotation par minute, ce qui permet de compenser les écarts de marche entre les différentes positions de la montre. De tous les mécanismes délicats et compliqués qu’ont inventés les horlogers au fil des siècles, le Tourbillon est l’un des plus élaborés. La fabrication d’un mécanisme de Tourbillon est extrêmement complexe en raison du degré de précision requis pour toutes les pièces qui le composent. Le Tourbillon est également apprécié pour les principes techniques et de design qui président à sa fabrication. Seuls quelques rares horlogers possèdent les compétences nécessaires pour fabriquer un Tourbillon.
Le Tourbillon est en effet l’une des complications les plus estimées et recherchées par les collectionneurs et amateurs de garde-temps de prestige. La conception du Tourbillon Frédérique Constant Tourbillon permet d’apercevoir le mécanisme à travers un guichet ouvert dans le cadran de la montre à six heures. Outre sa valeur esthétique qui contribue au charme du garde-temps, la cage du Tourbillon avec son aiguille intégrée sert d’indicateur des secondes, puisqu’elle effectue une rotation par minute.

Une Oscillation rapide

Le Tourbillon Frédérique Constant a une fréquence de 4 Hertz, ce qui signifie que la roue du balancier accomplit 28800 alt/h, et que le train d’engrenage se déplace 691 200 fois en 24 heures. En quatre ans, cela représente plus d’un milliard d’impulsions. Les Tourbillons les plus compétitifs fonctionnent à 3 Hertz seulement. Un nombre d’alternances par heure élevé augmente la précision du calibre du Tourbillon. Une oscillation rapide diminue également la sensibilité du calibre aux mouvements giratoires.

Une bonne répartition du poids

La cage du Tourbillon Frédérique Constant est composée de 80 composants. Chaque composant est produit avec la meilleure tolérance possible, soit une précision de 1 à 2 microns (0,001-0,002 mm). La plupart des pièces sont produites sur notre machine CNC de haute
précision, dans notre atelier de Plan-les-Ouates.
Cette machine CNC de dernière génération présente une tolérance
de 1 micron sur les axes X et Y et de 2 microns sur l’axe Z. Même à
un tel degré de précision, il est impossible d’obtenir une répartition parfaitement homogène du poids des différentes pièces. Or pour qu’un Tourbillon fonctionne correctement, une répartition homogène du poids est capitale. Frédérique Constant a résolu ce problème au moyen d’un système de “Smart Screw” sur le bord extérieur de la cage du Tourbillon. Tout d’abord, la cage du Tourbillon est construite avec un léger surpoids à l’opposé du dispositif Smart Screw sur la principale roue de la cage. Ensuite, un horloger très qualifié est en mesure d’équilibrer le poids au centre de la cage du Tourbillon en ajoutant ou en remplaçant de minuscules bagues métalliques sous les deux vis de la principale roue de la cage. Généralement, il faut 8 heures à un horloger pour ajuster ces minuscules bagues et équilibrer parfaitement le poids de l’ensemble de la cage du Tourbillon

Heart beat manufacture

Au début des années 1990, les montres mécaniques automatiques ont fait leur grand retour sur le marché après la crise du quartz des années 1970 et 1980. Généralement, ces montres ressemblaient aux montres à quartz, à la différence que la trotteuse tournait de façon continue pour la montre mécanique, et non pas à pas. Pour Frédérique Constant, l’important était alors de pouvoir distinguer en un coup d’œil une montre mécanique d’une montre à quartz. En 1994, Frédérique Constant développa sa première montre Heart Beat. L’objectif de ce développement, résolument innovant et original pour l’époque, consistait à faire admirer le mécanisme de la montre grâce à une ouverture sur le cadran. Mais cette année là, Frédérique Constant a connu une croissance rapide tout en conservant une taille modeste. Sans service de contentieux en interne et avec une équipe de direction focalisée sur le rapide développement de la production, une erreur a été commise : le design de la fonction Heart Beat aurait dû faire l’objet d’un dépôt de brevet, qui aurait pu être obtenu. Les montres Heart Beat de Frédérique Constant ont été commercialisées sans être protégées par quelconque brevet. Moins d’un an après, les premières copies du modèle originel Heart beat faisaient leur apparition.
Avec des copies des montres Heart Beat sur le marché, il
était trop tard pour déposer cette fonctionnalité. Pour que Frédérique Constant conserve son titre de créateur original de la montre Heart Beat, une stratégie consistant à proposer de nouveaux modèles de calibres à complications tous les deux ans a été mise en place. En 1998, nous avons présenté le calibre Heart Beat Day Date, un modèle réalisé en collaboration avec Dubois-Dépraz. En 1999, nous avons poursuivi avec le calibre Heart Beat Perpetual, également réalisé en collaboration avec Dubois-Dépraz. Enfin, en 2001, nous avons présenté le calibre Heart Beat Rétrograde, développé en collaboration avec la maison d’horlogerie Agenhor de Genève.
Dès 2001, les discussions internes sur le développement de nouveaux calibres Heart Beat à complications devenaient problématiques. En effet, ces développements précédents étaient tous basés sur des ébauches existantes, et nous contraignaient à respecter le design de ces calibres. Tout d’abord, nous trouvions que la roue du balancier était trop enfoncée dans l’ouverture, nous aurions voulu la déplacer davantage vers la platine supérieure du calibre pour la rendre plus visible. Ensuite, le spiral, composant mécanique le plus important dans le mouvement d’une montre, était traditionnellement placé à l’arrière du calibre alors que nous l’aurions souhaité positionné devant.
Après réflexion, nous avons finalement décidé de développer notre propre calibre pour en finir avec ces problèmes rencontrés. En 2001, nous avons entamé le développement du modèle Heart Beat Manufacture, doté d’un pont spécifique pour positionner la roue de balancier vers l’avant du calibre, c’est- à-dire du côté du cadran. De cette manière, nous avons pu placer le spiral et le réglage de précision sur le devant également, ce qui améliore considérablement le design du calibre Heart Beat. Cette construction innovante a permis à l’entreprise Frédérique Constant d’effectuer une demande de brevet. Cette fois-ci, tous les composants du design ont été correctement brevetés avant la commercialisation des produits.
Trois années de développement auront été nécessaires pour que le premier calibre Heart Beat Manufacture voie le jour. Ce projet, complexe et innovant, a été mené en collaboration avec l’École d’Horlogerie de Genève, l’École d’Ingénieurs de Genève et l’Horloge Vakschool Zadkine.
En 2004, la première version manuelle de ce calibre a pu être mise sur le marché et rencontra dès lors un grand succès. En 2005, Frédérique Constant présentait une nouvelle exécution avec son calibre Heart Beat Phases de lune et Date, mouvement mécanique à remontage manuel.
En 2006, Frédérique Constant lançait son premier calibre Heart Beat Manufacture à remontage automatique, le FC-930. L’efficacité du remontage est un des points essentiels à prendre en compte lors de la conception d’une montre automatique. Dans ce type de montre, le ressort moteur est chargé par les mouvements de la personne qui porte la montre: chaque mouvement du bras fait tourner une masse oscillante (ou rotor), laquelle remonte le ressort, moteur et source d’énergie de la montre. Parfois, les mouvements du bras au cours de la journée peuvent être rares et peu amples (travail de bureau, voyages long courrier…). Même dans ces situations le ressort doit toujours être remonté pour que la montre fonctionne correctement. Afin d’assurer une efficacité maximale du remontage, Frédérique Constant a intégré dans son mouvement plusieurs fonctionnalités spécifiques.

Un rotor innovant

Le rotor du mouvement Frédérique Constant Heart Beat Manufacture Automatique est bi-directionnel, il remonte le ressort dans les deux directions : qu’il tourne vers la droite ou vers la gauche, l’énergie produite par sa rotation est transmise au ressort par le mécanisme de remontage. Cela est rendu possible grâce à un mécanisme complexe, mettant en œuvre des roues à cliquets et appelé “inverseur”.
La plupart des mouvements automatiques Swiss Made ont un rotor de 25,6 mm de diamètre. Pour son mouvement Heart Beat Manufacture Automatique, Frédérique Constant a augmenté la taille de son rotor à de 29,5 mm de diamètre. Cela permet d’augmenter la quantité de métal lourd ainsi que la distance entre cette masse et l’axe de rotation. Il s’ensuit une très forte amélioration l’efficacité du mouvement du rotor: + 55 % par rapport à un rotor de 25,6 mm. Voici la formule de calcul du moment d’inertie, nom scientifique qui définit la ” puissance d’un mouvement de rotation.
Enfin, le rotor Frédérique Constant est fixé sur le calibre Heart Beat Manufacture via un système de roulement à billes sophistiqué. Invisible car il est caché derrière le centre du rotor, le roulement à billes permet de réduire à une valeur quasi nulle les frottements entre le rotor et le reste du calibre.

Rubis

Les rubis dans les mouvements de montres servent à minimiser les frottements entre les différentes pièces, essentiellement entre les axes et les ponts (c’est-à-dire les supports) : les rubis servent de pivots. En général, un mécanisme de remontage automatique sur
un mouvement suisse haut de gamme utilise 8 rubis. Le mouvement Frédérique Constant Heart Beat Manufacture Automatique en utilise 10 : les deux rubis supplémentaires sont placés sur les roues à cliquets de l’inverseur et réduisent très fortement les frottements dans cette partie essentielle du mécanisme. Le nombre total de rubis du calibre FC-930 est de 27.

Métal lourd

La bordure extérieure du rotor du mouvement Frédérique Constant Heart Beat Manufacture Automatique est constituée d’un alliage de 6 % de cuivre et 94 % de tungstène, un métal extrêmement lourd. Sa masse spécifique est supérieure à 19 kg/dm3 (contre 7,8 pour l’acier ou 11,3 pour le plomb). Le placement de cette masse importante sur la bordure extérieure, donc loin de l’axe de rotation, augmente la vitesse du rotor et sa sensibilité aux mouvements. Le plateau central est fait de laiton, et il est très largement évidé pour laisser visible le balancier visible du calibre Heart Beat. La masse en tungstène et le plateau en laiton sont fixés ensemble par un système de rivets très sophistiqué puis plaqués d’or rose 18K.
Lubrification spéciale
Le mécanisme de remontage automatique est lubrifié par une huile spécialement développée pour minimiser les frottements et assurer une longévité maximale à la fonction de remontage. Les maîtres horlogers de la Manufacture Frédérique Constant placent des gouttes d’huile précisément calibrées à 15 endroits différents du mécanisme de remontage du mouvement Heart Beat Manufacture Automatique pour un fonctionnement optimal.

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