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Patek Philippe: pionniers du silicium

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septembre 2018


Patek Philippe: pionniers du silicium

Aux côtés de Rolex et du Swatch Group, Patek Philippe a été un des pionniers du silicium. Jean-Pierre Musy nous détaille les différentes phases de cette recherche.

«A

u départ, nous nous sommes intéressés au silicium car c’est un matériau non magnétique et qui ne se déforme pas», nous explique Jean- Pierre Musy, un expert reconnu par toute la profession, qui dirigeait jusqu’à tout récemment le programme Advanced Research de Patek Philippe. En effet, le silicium est aussi élastique sans pour autant se déformer et, concrètement, en cas de choc, il se déplace et revient aussitôt à sa forme initiale. De plus, en étant insensible au magnétisme, ses spires ne risquent pas de se coller. Mais par contre, il est cassant!

Et, autre problème à résoudre, il est sensible aux variations de température. Mais la recherche allait permettre de surmonter ce double handicap d’un matériau qui, par ailleurs, présentait des propriétés exceptionnelles. L’entrée du silicium dans l’horlogerie a été rendue possible grâce à une technologie qui a permis de découper du silicium dans des «wafers», sorte de galettes de silicium.

2006
2006

Dans un premier temps, Patek Philippe s’est associé à un centre de recherche en microtechnique, l’IMT de l’Université de Neuchâtel, dans le but précis d’améliorer les technologies de découpage du silicium.

Premier pas, la réalisation d’une roue d’échappement en silicium. Celle-ci pouvait parfaitement être réalisée en silicium pur car sa sensibilité aux écarts de température n’influence en rien sa fonction.

Et par ailleurs, ce matériau permettait de se dispenser de toute lubrification sur les points de contacts entre la roue et les palettes en saphir de l’ancre. Un avantage appréciable. En parallèle à ces recherches menées de son côté par Patek Philippe, d’autres entités exploraient aussi de leur côté les potentialités prometteuses du silicium. Un «consortium» réunissant Patek Philippe, Rolex et le Swatch Group a dès lors été créé dans le but de recherches communes au sein du centre suisse de recherche en électronique et microtechnique, le CSEM, basé à Neuchâtel

2011
2011

«Notre grande crainte était que le silicium, malgré toutes ses qualités, ne se révèle trop cassant et trop sensible aux variations de température pour être employé à la fabrication d’un spiral, avoue M. Musy. Mais une solution a été trouvée: le silicium est oxydé, comme si une fine couche d’écorce le rendait plus rigide et le rendait insensible aux écarts de température. Et les tests menés l’ont parfaitement démontré: il est devenu invariable aux températures et, soumis à des chocs de 5’000 G (équivalents à une chute de la hauteur d’un mètre sur un sol dur), il ne se casse pas.

Ceci dit, sa longueur, son nombre de spires et sa géométrie contribuent aussi à cette résistance. L’oxyde a un coefficient thermique du module d’élasticité de signe opposé à celui du silicium. De ce fait, comme Charles Édouard Guillaume mais 82 ans plus tard, on va chercher à minimiser l’effet de la température.»

Ce silicium horloger développé par les trois partenaires de cette aventure technologique a été nommé Silinvar® pour «silicium invariable», en référence au fameux Invar de Charles-Edouard Guillaume. Ils en détiennent en commun la licence exclusive.

2016
2016

Les leçons de l’histoire

Ce Silinvar®, véritable saut technologique, a apporté un progrès considérable à la technologie du spiral. Mais pour autant, un certain nombre de petits «défauts» subsistaient. Or, les horlogers-régleurs de Patek Philippe (des «stars», comme les qualifie M. Musy) ont aussi la mémoire longue et le sens de l’histoire.

«Quand Patek Philippe a commencé à faire des spiraux en silicium, nous nous sommes replongés dans la théorie des frères Michel, une théorie datant des années 1800 et abandonnée en raison des limites technologiques de l’époque, explique M. Musy. Nous l’avons appliquée au silicium en créant dans la masse des renforcements ponctuels. L’effet est le même que celui de la courbe terminale Breguet, le spiral reste dans le plan, le centre de gravité revient au centre. Mais il a l’avantage d’être plat.»

Le brevet a été enregistré, c’est devenu la courbe terminale Patek Philippe, un spiral plat en silicium à développement totalement concentrique. Le premier Spiromax®.

Mais cette première génération ne résolvait pas pour autant le problème de l’influence de l’échappement sur le spiral, qui crée du retard aux petites amplitudes. En temps normal, pour compenser cette influence, il faut «donner de l’avance» au spiral plutôt que de le rendre totalement concentrique. Ainsi, échappement et spiral parviennent à se compenser.

Sur le Spiromax®, en changeant «simplement » de position le renforcement créé sur le spiral en silicium, les horlogers de Patek Philippe sont parvenus à compenser échappement et spiral, corrigeant ainsi le retard généré aux petites amplitudes. C’est la deuxième génération du Spiromax®.

La troisième génération du Spiromax® voit l’apparition d’un deuxième renforcement, positionné au centre du spiral cette fois, alors que l’autre est vers l’extrémité. Sa fonction: «Obtenir de très petits écarts de marche entre les différentes positions verticales de l‘oscillateur et donc améliorer encore la précision de la pièce d’horlogerie.»

Ultime amélioration, la quatrième génération du Spiromax® apporte une optimisation du positionnement du spiral par rapport au balourd du balancier de façon à ce que leurs courbes respectives se compensent dans leurs marches verticales en se croisant toujours au même endroit.

On le voit, la conquête de la précision se mène ainsi, pas à pas, microdétail après micro-détail. «Tous les problèmes étaient connus. La théorie du spiral est historiquement la même depuis Huygens, mais ce sont les solutions qui sont radicalement différentes. Ceci dit, il a fallu quand même 14 ans à Patek Philippe pour parvenir à un résultat presque parfait.» Et tout est dans ce «presque» lâché par Jean-Pierre Musy.

A croire que le spiral n’a pas encore tout à fait dit son dernier mot.