Innovation

Après trois ans de développement, c’est avec fierté que nous avons présenté notre nouveau calibre Heart Beat Manufacture lors de la foire Baselworld 2004. Le mouvement Heart Beat a été conçu par une équipe de Frédérique Constant en collaboration avec huit experts issus de l’École d’Horlogerie de Genève, l’École d’Ingénieurs de Genève et l’Horloge Vakschool Zadkine. Un travail rapproché avec ces institutions a permis de maîtriser les coûts. Par ailleurs, nous avons beaucoup appris en travaillant aux côtés de ces professionnels expérimentés. Au terme du développement, nous avons engagé trois horlogers supplémentaires à plein-temps. Depuis, quatre nouveaux calibres de manufacture Frédérique Constant ont été développés, conçus et introduits sur le marché. Tirant les leçons de nos erreurs passées, tous les dessins réalisés pour le calibre Heart Beat Manufacture ont été dûment déposés avant son lancement sur le marché.

Grâce à ces trois principaux avantages par rapport à une roue d’échappement classique, une roue d’échappement en silicium est particulièrement prisée dans un mécanisme de Tourbillon. En particulier, la légèreté de la roue d’échappement en silicium et la réduction des frottements permettent un rendement énergétique nettement supérieur. Ainsi, le Tourbillon Frédérique Constant, équipé d’une roue d’échappement en silicium, présente une amplitude de plus de 300 degrés entre les positions verticales et horizontales.  Même avec la couronne vers le bas, elle est supérieure à 275 degrés, ce qui est une performance bien supérieure à celle des autres tourbillons de première catégorie.

La précision d’un mouvement mécanique dépend de la précision de son dispositif de mesure du temps. Le dispositif horloger du calibre mécanique Heat 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 sont entraînées par l’énergie du ressort principal et coulissent véritablement contre le rochet avant de s’emboîter ; c’est ce frottement qui lance l’ancre, mais impose une lubrification. Dans les échappements modernes, les dents du rochet sont fabriquées dans une pierre extrêmement dure et polie, mais la lubrification demeure un élément essentielle. Le tic-tac d’une montre Frédérique Constant provient du bruit de l’emboîtement du mécanisme du ressort du balancier avec les dents de l’échappement. Si la lubrification est déficiente (en raison de la dilution ou du dessèchement de l’huile liés 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.

Recherche et développement

En 2001, Frédérique Constant a entrepris le développement de son premier calibre manufacture en coopération avec l’École d’Horlogerie de Genève, l’École d’Ingénieurs de Genève et la Horloge Vakschool Zadkine. La version à remontage manuel de la série de calibres Heart Beat Manufacture a été présentée en 2004 après trois ans d’étude. Depuis 2004, Frédérique Constant a sorti une nouvelle version chaque année. En 2005, une complication de phase lune et de date a été ajoutée à la version manuelle du calibre. En 2006, la première Heart Beat Manufacture à remontage mécanique a été lancée.

Conformément aux progrès de l’industrie horlogère, Frédérique Constant cherchait à adapter de nouveaux matériaux pour ses calibres Heart Beat Manufacture. La suppression de la nécessité d’une lubrification régulière de la roue d’échappement représente une amélioration majeure dans l’industrie horlogère. Frédérique Constant est fière de présenter une série à édition limitée dotée d’une roue d’échappement en silicium qui ne nécessite aucune 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 seront supprimés.

Le silicium

Dans le tableau périodique, le silicium a pour symbole Si et pour numéro atomique 14. Métalloïde tétravalent, le silicium est moins réactif que son équivalent chimique, le carbone. On ne le trouve pas à l’état de corps simple dans la nature. Il se rencontre essentiellement dans les minéraux composés de dioxyde de silicium pur (ou presque) sous différentes formes cristallisées (quartz, calcédoine, opale) et dans les silicates (différents minéraux contenant du silicium, de l’oxygène, et un autre métal), comme le feldspath. Le silicium est le principal composant de la plupart des semi-conducteurs et, sous forme de silice et de silicates, du verre, du ciment et de la céramique. Le silicium est largement employé dans l’industrie car il reste semi-conducteur à des températures supérieures au germanium ; parce que son oxyde natif est facilement obtenu dans un four ; et parce qu’il offre une meilleure interface semi-conductrice/diélectrique que la grande majorité des autres combinaisons de matériaux. Dans sa forme cristallisée, le silicium a une couleur gris sombre et un lustre métallique. Il est identique au verre en ce qu’il est relativement dur. Le silicium pur offre une résistance à coefficient de température négatif, puisque le nombre de porteurs de charge libres qu’il contient augmente avec la température.

La manufacture

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.