Comment fonctionne le mécanisme d’une horloge ?

Les dispositifs de mesure et d’affichage du temps ont vu le jour il y a plus de 5500 ans dans les civilisations antiques de Babylone et d’Égypte. À partir de ce moment, le temps a commencé à être mesuré avec une précision toujours plus grande, ce qui nous a conduit à la partie de l’histoire où les horloges et les montres mécaniques sont finalement entrées dans nos vies. Depuis l’une des premières inventions humaines jusqu’à l’époque moderne où les horloges atomiques peuvent mesurer avec précision des périodes de temps aussi bien minuscules qu’incroyablement grandes, le principe de base sur lequel fonctionne toute horloge est l’oscillation.

Même si nous avons vu au cours de notre histoire des horloges utilisant de nombreux processus physiques différents, l’oscillation représente la base de chacune d’entre elles, et toutes ont des parties analogiques similaires que nous allons décrire ici. Pour mesurer le temps, une horloge a besoin d’une source d’énergie, d’un objet oscillant qui répète son mouvement encore et encore, d’un dispositif de contrôle qui capture ces battements oscillants en une série d’impulsions (par friction). Ces impulsions sont ensuite rassemblées dans la chaîne de compteurs qui ont une longueur standardisée (secondes, minutes, heures, etc.). Enfin, le compteur de temps est ensuite relayé à l’indicateur d’affichage, qui présente les résultats sous une forme lisible par l’homme.

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Toute horloge doit fonctionner en continu, et pour cela, elle doit disposer d’une source d’énergie (parfois même d’une source secondaire pour les moments d’urgence) qui actionnera tous ses mécanismes et assurera une mesure précise et fiable du temps.

• Les horloges mécaniques peuvent être alimentées par des poids suspendus (pendule oscillant), un pignon, un tambour ou un ressort principal.
• L’électricité, qui est soit transportée vers l’horloge directement depuis le réseau électrique, soit stockée dans des batteries.
• Les sources d’énergie automatiques, qui utilisent l’énergie cinétique du mouvement de l’utilisateur pour générer le mouvement de petits poids et alimenter soit le ressort principal mécanique, soit le générateur électrique qui est branché sur le support de stockage embarqué (batterie).

L’oscillateur harmonique physique est le composant clé de toute horloge moderne. En fournissant un mouvement de fréquence constante, les mécanismes de l’horloge peuvent capturer ces oscillations et les transformer en une série d’impulsions chronométrées avec précision qui nous indiquent le passage exact du temps. Voici quelques-uns des oscillateurs les plus courants :

• Balancier et pendule pour les horloges mécaniques.
• Cristal de quartz dans les horloges à quartz.
• Électrons et atomes vibrants dans les horloges atomiques.

Le contrôleur est un mécanisme qui capte la fréquence de mouvement des oscillateurs et la convertit en une série d’impulsions qui peuvent nous indiquer le passage du temps. Les deux dispositifs de contrôle les plus courants sont les suivants

L’échappement, qui est utilisé dans les horloges mécaniques qui sont alimentées par des pendules et des balanciers oscillants.

Le circuit oscillateur électronique, qui génère des séries d’impulsions électriques synchronisées avec l’oscillateur.

La chaîne de comptage est un mécanisme qui compte les impulsions créées par le contrôleur et les convertit en unités de mesure du temps traditionnelles (secondes, minutes et heures).

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Partie de l’horloge qui a pour fonction de représenter visuellement les informations recueillies par les autres mécanismes de l’horloge. Les premières horloges signalaient l’heure en faisant sonner les cloches, les aiguilles des minutes ont été introduites dans les années 1800, les horloges numériques sont apparues avec l’expansion de la technologie moderne dans la deuxième partie du 20e siècle, et le 21e siècle nous a apporté des horloges parlantes dans le monde de l’informatique portable moderne (smartphones, tablettes, ordinateurs portables).