Horloge murale déco
réalisée à partir du mécanisme d'une horloge comtoise
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Cette horloge a été conçue à partir du mécanisme d'une horloge comtoise pour se transformer en objet de décoration. L'horloge comtoise récupérée a été dépouillée de sa gaine, de son cadran d'origine et de son balancier d'origine. Seul le mécanisme et les deux poids ont été récupérés. Le mécanisme a été installé sur un socle en merisier verni qui vient s'accrocher au mur. La restauration complète du mécanisme a été effectuée afin de rendre l'horloge parfaitement fonctionnelle. Cerise sur le gâteau, l'horloge a été équipée d'un système de remontage automatique.
Ainsi, il n'est plus nécessaire de la remonter manuellement une fois par semaine. Un petit moteur électrique se charge d'effectuer le remontage deux fois par jour et d'une façon automatiquement.
Le but de ce projet a été de mélanger les genres, le moderne et l'ancien, pour réaliser un objet de décoration original. Et pour mettre à l'honneur cette mécanique robuste qui s'est imposée dans l'horlogerie pendant deux siècles, nous avons choisi de la placer au centre du décors; elle qui habituellement restait complètement invisible derrière son cadran. Pour la partie "moderne", nous avons utilisé les matériaux et technologies les plus contemporains. Pour les matériaux: le plastique et le plexi-gass. Pour les technologies: l'impression 3D et l'utilisation de la micro-électronique
Un nouveau cadran a été réalisé à l'aide d'une plaque en plexi-glass de 4 mm d'épaisseur sur laquelle est venu se positionner, par collage, un décor de pourtour, un fronton décoratif et les chiffres romains du cadran. Les deux portes latérales ont été réalisée également en plexi-glass (épaisseur 2,5 mm). Un nouveau balancier a été réalisé avec des matériaux très différents; bois, acier, aluminium, matière plastique. Les différentes décorations en plastique ont été réalisées à l'aide d'une imprimante 3D.
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LE REMONTAGE AUTOMATIQUE:
Ce remontage automatique a, bien entendu, été réalisé pour se soustraire à la remontée manuelle fastidieuse à laquelle il fallait se plier chaque semaine, mais aussi pour éviter la descente des poids pratiquement jusqu'au sol alors qu'ils n'allaient plus être protégés par l'ancien meuble de la comtoise.
Pour réaliser ce remontage, deux pignon d'engrenage de 76 dents ont respectivement été installés sur chacun des axes de barillet, juste derrière chaque pilier avant. Un ergot (doigt de barillet) a été fixé sur chacun des tambours de barillet. Et un doigt entraîneur sur chaque pignon d'engrenage permet de faire tourner le barillet en s'appuyant sur chacun des ergots de tambour. Les deux pignons d'engrenage de 76 dents sont actionnés en même temps lors du remontage par l'intermédiaire d'un moto-réducteur alimenté en 12V équipé d'un pignon de 16 dents et par l'intermédiaire d'un pignon supplémentaire de 30 dents.
Plan d'assemblage du système montrant le principe du remontage automatique
Le remontage est déclenché par une came solidaire de l'axe de la petite aiguille et par l'intermédiaire du micro-contact "AH". Ainsi le remontage est effectué après un tour complet de la petite aiguille; c'est à dire toutes les 12 heures.
Pendant le remontage, les deux pignons d'engrenage sur l'axe de chaque barillet effectuent une rotation dans le sens contraire de rotation des aiguilles pendant un peu moins d'un tour de barillet en entraînant la remontée des 2 poids. Et après une temporisation d'une demi seconde, ils effectuent une rotation dans le sens inverse (sens des aiguilles) pour venir se repositionner à leurs positions de départ. La remontée des poids se fait sur une hauteur d'environ 11 cm. Les poids redescendent ensuite lentement jusqu'au déclenchement d'un prochain remontage 12 heures plus tard. Après démarrage, l'arrêt du moteur est effectué par le micro-contact "ENG" par l'intermédiaire d'une came solidaire de l'un des pignons de 76 dents (en l'occurrence celui monté sur l'axe de barillet des heures).
Les plans des principales pièces du remontage automatique sont fournis dans le fichier suivant:
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LA COMMANDE DU MOTEUR:
Pour commander le moteur, nous avons utilisé un petit module électronique que l'on trouve très facilement dans le commerce et qui est généralement vendu pour la commande de moteurs utilisés sur les montages d'essais utilisés avec un "arduino". Ce module a été conçu autour du circuit L298N (double pont en H) et il permet de commander un ou deux moteurs C-C dans les deux sens. Son prix est de 7,00 €.
Pour piloter ce module, et donc notre moteur, nous avons utilisé un microcontrôleur MICROCHIP 16F688. Sa tension d'alimentation de 5 V a été fournie directement .à partir du module L298N. La programmation du microcontrôleur a été réalisée de façon à faire tourner le moteur dans le sens de la remontée, suivi d'un arrêt du moteur par l'intermédiaire du micro-contact "ENG" pendant une demi seconde, puis une rotation du moteur en sens inverse et arrêt en position d'origine (arrêt à l'aide du même micro-contact "ENG"). Comme nous l'avons dit plus haut, le déclenchement de la remontée est effectué (toutes les 12h) par l'intermédiaire d'une came fixée sur l'axe de la petite aiguille. L'alimentation électrique de l'ensemble est fournie par un bloc d'alimentation de 12V (en l'occurrence, bloc d'alimentation d'une ancienne livebox).
Ci-contre, l'ordinogramme ayant servi à écrire le programme en assembleur.
Ordinogramme du programme
Le listing du programme est disponible dans le fichier pdf suivant:
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LA CARTE ELECTRONIQUE:
Le schéma (qu'on ne peut pas faire plus simple) ne suscite aucun commentaire particulier.
Le schéma électronique
Typon de la carte électronique
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LE BALANCIER:
Pour diminuer au maximum l'encombrement du balancier, le bras de balancier a été réalisé en bois. Le gain d'encombrement est très minime, mais on verra par la suite que ce choix procure un autre avantage (faible coefficient de dilatation linéaire). Dans un pendule, la période d'oscillation dépend d'une façon importante de la distance (l) entre le point de suspension du balancier et le centre de gravité de celui-ci. Une horloge comtoise possède une mécanique permettant une période d'oscillation de 2 secondes environ (soit 1 seconde (une demi période) lorsque le balancier passe d'une position extrême à l'autre par rapport à son point d'équilibre). La formule générale simplifiée établissant la relation entre la distance (l) et la période du pendule est la suivante:
avec
g: Accélération de la pesanteur (sa valeur moyenne terrestre est 9,81).
l: Longueur du pendule en mètres (de son point de suspension à son centre de gravité)
T: Période en secondes.
Suivant cette formule, pour une période de 2 secondes, "l" est égale à : 0,99396 m.
Sachant que la valeur de la gravité reste invariable en un lieu donné, on peut constater que seule la longueur du bras de balancier est susceptible de faire avancer ou retarder notre horloge. Et on peut établir (mais on ne rentrera pas ici dans le détail des calculs) qu'un retard ou une avance d'une seconde par jour est la conséquence d'un déplacement du centre de gravité de seulement 2,3/100 de mm. Une seconde par jour ne semble pas très important. Mais cela représente tout de même 6 minutes sur une année.
L'avance ou le retard d'une horloge comtoise peut évoluer en fonction des écarts de température; le balancier étant soumis à une dilatation thermique non négligeable en fonction également de la matière qui le compose. De nombreux fabricants, ont imaginé des balanciers pouvant résoudre ce problème. Ce type de balancier étaient nommés "balanciers compensés en température". Une autre solution est d'utiliser pour le bras de balancier un matériaux possédant un faible coefficient de dilatation linéaire. L'invar (alliage fer, nickel) est une solution mais son prix est assez élevé et n'est pas très facile à se procurer (surtout pour fabriquer un balancier). Et j'ai pu découvrir (un peu par hasard) que le bois avait un très faible coefficient de dilatation linéaire dans le sens longitudinal ne dépassant pas 5 x 10(-6) K(-1); valeur inférieure à la plupart des autres matériaux courants et coefficient deux fois plus faible que l'acier.
J'avais déjà choisi ce matériau pour sa faible densité par rapport à l'acier ou à l'aluminium par exemple et afin que le bas du balancier ne descende pas trop par rapport au centre de gravité.
J'ai repris, sans avoir très longtemps réfléchi, le système de réglage de la plupart des balanciers d'horloges. Un simple écrou situé au bas du balancier permet de faire varier la position du centre de gravité.
Le balancier que j'ai élaboré, est constitué d'un bloc de forme octogonal pesant 670 g à l'intérieur duquel coulisse le bras de balancier constitué d'un liteau de merisier d'une section de 5 x 30 mm. Sur les balanciers que l'on rencontre souvent, ce bloc est de forme circulaire et on l'appelle "la lentille". Une simple tige filetée de 4 mm a été fixée au bas du liteau. Ainsi, la lentille (octogonale) repose sur l'écrou moleté en plastique réalisé en impression 3D.
Pour facilité le réglage de l'horloge, un repérage a été effectué sur l'écrou. Comme nous avons déterminer plus haut qu'un écart de 1 seconde par jour était produit par un déplacement du centre de gravité de 2,3/100 de mm, nous avons réalisé un marquage de trente divisions sur le pourtour de l'écrou. La rotation de l'écrou (dont le pas est 0,7) d'une division à l'autre procure donc un déplacement du centre de gravité de 0,7 / 30 = 0.0233333 (soit approximativement 2,3/100).
(Photo ci-contre)
Pour régler facilement le retard ou l'avance, il suffit donc, par exemple, de mesurer l'écart obtenu sur une semaine ou sur un mois, à l'aide de l'horloge précise de son smartphone. Connaissant cet écart ramené sur 1 jour, on peut facilement établir un réglage assez précis.
Rappel !... Pour faire avancer une horloge qui retarde, il faut visser l'écrou. Inversement, pour faire retarder une horloge qui avance, il faut dévisser l'écrou. Attention! l'écrou est à l'envers. Le vissage procure un déplacement du centre de gravité du balancier vers le haut... et inversement, le dévissage procure un déplacement du centre de gravité du balancier vers le bas .
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LE SOCLE:
Le socle supportant l'horloge a été réalisé en merisier. Il est constitué d'une tablette au niveau de laquelle plusieurs ouvertures ont été effectuées pour laisser passer les deux cordes de suspension des poids, le bras de balancier et l'alimentation électrique pour le remontage automatique. Deux flancs situés de chaque côté supportent la tablette. L'écartement de ces deux flancs est maintenu par deux petites étagères dont l'une d'entres-elles, la plus basse, pourra recevoir un ou deux petits objets décoratifs. Un système d'accrochage mural a été conçu pour facilité le réglage de l'aplomb à l'aide de 2 vis M3.
Les plans du socle mural et le système d'accrochage et de réglage de l'aplomb sont détaillés dans le document ci-joint: