Cronômetro marinho

Cronômetro marinho
Imagem ilustrativa do item Cronômetro marítimo
Marine suspensão cronômetro meados do XIX °  século , assinado Breguet .
Inventado por Christian Huygens e John Harrison em 1675/1767
Domínio do aplicativo Relojoaria

Um cronômetro marítimo , também chamado de relógio marítimo , é um relógio preciso o suficiente para ser usado como uma base de tempo portátil, inclusive em um veículo em movimento. O desenvolvimento destes instrumentos no XVIII th  século constituiu um grande avanço, porque o conhecimento preciso do tempo durante uma longa viagem era necessária para a navegação astronómica , a fim de determinar a longitude . O primeiro cronômetro verdadeiro foi o resultado dos esforços implacáveis ​​de um homem, John Harrison, mais de 31 anos de tentativa e erro; foi para revolucionar a arte da navegação marítima (e subsequentemente da navegação aérea) à medida que o colonialismo decolava.

O termo cronômetro foi aparentemente cunhado em 1714 por Jeremy Thacker, um dos primeiros competidores pelo preço proposto pelo Longitude Act do mesmo ano, mas a palavra "cronômetro" parece um pouco mais antiga em francês, no sentido de metrônomo .  ; no início do XXI th  século, refere-se de modo mais geral testado e relógios certificados atender a certos padrões de precisão (e do "relógio" palavra não pode aparecer em um relógio suíço se tiver sido certificada pelo COSC ); por outro lado, é mal utilizado para medir aparelhos de curta duração, como os usados ​​em competições esportivas, que na verdade são cronógrafos .

Antes do aparecimento de cronômetros

Para determinar uma posição na superfície da Terra, deve-se saber a latitude , longitude e altitude (esta última pode ser desprezada para usos marítimos). Até meados do século XVIII th  século, uma navegação especifica alto mar (fora da vista da terra) era impossível, por causa das dificuldades de calcular a longitude. Embora a latitude pudesse ser determinada, por exemplo, medindo a altura do Sol ao meio-dia (no momento de sua culminação ), a longitude exigia ser capaz de saber o tempo real (na hora universal ) deste evento, o que exigia um relógio tempo com boa precisão (outros métodos, como o de Galileu , baseado na observação do movimento dos satélites de Júpiter , mostraram-se impraticáveis ​​em uma nave em movimento). Em paralelo com o método baseado na relógio, os medir distâncias lunar proposto no início da XVI th  século pelo astrônomo Johannes Werner foi posta em prática e manteve-se a técnica mais comum para perfeição e cronómetros reduzir o custo. A estudiosa holandesa Gemma Frisius foi a primeira, em 1530, a propor (sem usar a palavra) o uso de um cronômetro para determinar a longitude.

Um cronômetro preciso mostrará a hora para a qual foi calibrado (Greenwich Mean Time (GMT), por exemplo), mesmo após vários dias de viagem. Saber a hora (solar) de Greenwich permite aos marinheiros calcular a diferença de longitude entre a posição de seu barco e o meridiano de Greenwich, uma vez que a Terra gira 15 ° de longitude por hora. Na prática, um almanaque destinado à navegação, tabelas trigonométricas e um sextante permitiam aos navegadores usar o Sol, a Lua, os planetas do sistema solar e 57 estrelas de referência.

A criação de um objeto para medir com segurança o tempo a bordo de um navio revelou-se difícil. Até o XX th  século, os instrumentos mais precisos eram conhecidos relógios equilíbrio , mas eles foram inutilizável no mar.

Os primeiros cronômetros marítimos

Christiaan Huygens , após sua invenção do relógio de pêndulo em 1656, tentou construir instrumentos na França que não usassem um pêndulo. Em 1675, quando era aposentado de Luís XIV , ele inventou um cronômetro usando uma balança e uma mola em espiral como regulador, substituindo o pêndulo, abrindo caminho para cronômetros marítimos e modernos relógios (de pulso). Colbert concedeu-lhe a patente de sua invenção, mas seus relógios continuaram imprecisos demais para uso marítimo.

Outras tentativas foram feitas por Jeremy Thacker  (na) na Inglaterra em 1714, e por Henry Sully na França em 1716, que publicou sua obra em 1726 sob o título de Um relógio inventado e executado pelo Sr. Sulli ( sic ), mas essas máquinas provou ser incapaz de suportar os movimentos do mar para marcar o tempo com precisão suficiente em todas as circunstâncias.

John Harrison , um carpinteiro artesão de Yorkshire , apresentou então um projeto em 1730 e construiu em 1735 um relógio baseado em um torque de peso oscilante em direções opostas e conectado por molas, cujo funcionamento não era influenciado pela gravidade, nem pelos movimentos de um navio. Seus dois primeiros protótipos, H1 e H2 (concluídos em 1741) usaram esse sistema, mas ele descobriu que eles tinham uma sensibilidade inaceitável às forças centrífugas . A construção de sua terceira máquina em 1759, batizada de H3, incluiu novas escalas circulares e a invenção da tira bimetálica e dos rolamentos de esferas , invenções ainda muito utilizadas. As escalas circulares do H3 devem ter se revelado muito imprecisas, e Harrison decidiu renunciar às máquinas muito grandes.

Harrison resolveu esses problemas de precisão com a invenção do cronômetro H4, muito menor que os anteriores. O H4 se parecia muito com um grande relógio de bolso, com um diâmetro de 12  cm . Ele o apresentou em 1761, obtendo o prêmio de £ 20.000  que havia sido oferecido pelo governo britânico em 1714. Ele usou uma balança rápida controlada por uma mola em espiral com compensação de temperatura (este sistema permaneceu o de uso geral até então). que o surgimento de osciladores eletrônicos estáveis ​​torna possível a fabricação de relógios portáteis muito precisos a um custo acessível). Harrison teve seu trabalho publicado em 1767 em um livro intitulado Princípios do cronometrista do Sr. Harrison .

Henry Sully apresentou um primeiro cronômetro marinho em 1716. 
Desenhos do cronômetro H4 de Harrison, construído em 1761 (dos Princípios do cronômetro do Sr. Harrison ). 
Cronómetro marinho n o  3 Ferdinand Berthoud , 1763. 

O cronômetro moderno

Mais ou menos na mesma época, na França, Pierre Le Roy inventou em 1748 o escapamento de detenção característico dos cronômetros modernos. Em 1766, Le Roy criou um cronômetro compreendendo um escapamento de detenção, uma balança compensada por temperatura e uma mola isócrona  : Harrison havia mostrado a possibilidade de um cronômetro confiável no mar, mas as inovações de Le Roy foram consideradas fundamentais para os cronômetros modernos, tornando esses dispositivos muito mais preciso do que o previsto.

Ferdinand Berthoud na França, assim como Thomas Mudge na Inglaterra, também tiveram sucesso na construção de relógios confiáveis ​​no mar.Nenhum era simples, mas eles mostraram que a solução de Harrison não era a única concebível. No entanto, os maiores avanços em direção a soluções práticas vieram de Thomas Earnshaw  (in) e John Arnold que em 1780 desenvolveram e brevetèrent de escapamentos "molas" e melhoraram o design e fabricação de molas espirais. Essa combinação de inovações seria a base dos cronômetros modernos, até o surgimento dos dispositivos eletrônicos.

A nova tecnologia era tão cara que poucos navios estavam equipados, como mostrou a jornada final dramática do navio Arniston  (in) . No entanto, por volta de 1825, a Marinha Real começou a equipar sistematicamente seus navios com cronômetros.

Naquela época, era comum os marinheiros irem observar uma bola do tempo , como a de Greenwich , para acertar o cronômetro antes de embarcar em uma longa viagem. Cada navios dia brevemente ancorado no Tâmisa em Greenwich, esperando a bola observatório para cair em exatamente 1  da tarde Esta prática subsequentemente levou à adoção do Greenwich Mean Time (GMT) como um padrão internacional (as bolas de tempo perderam sua utilidade por volta de 1920 com o aparecimento de sinais de tempo de transmissão, por exemplo, pela WWV , eles próprios agora amplamente substituídos. Pelo tempo GPS ). Além dessas configurações antes da partida, os cronômetros marinhos também eram regularmente verificados no mar por observações da lua ou do sol.

Embora os métodos de produção industrial começaram a revolucionar o relógio no meio do XIX °  século (por exemplo, fábricas de Onésimo Dumas e Delépine Barrois em Saint-Nicolas-d'Aliermont ), fabricação de relógios foi por muito tempo uma artesanal atividade. Por volta de 1900, fabricantes suíços como Ulysse Nardin fizeram grandes avanços no uso de métodos de produção modernos e peças intercambiáveis, mas foi apenas no início da Segunda Guerra Mundial que a Hamilton Watch Company aperfeiçoou as técnicas de produção em série , o que tornou possível construir milhares de cronômetros Hamilton Modelo 21 para a Marinha dos Estados Unidos e outros navios aliados. Apesar do sucesso de Hamilton, os cronômetros caseiros nunca desapareceram completamente do mercado; assim, na Inglaterra, a Mercer de St. Albans continuou a produzi-lo até cerca de 1970.

Sem a precisão dos cronômetros marítimos, e a precisão de navegação que eles traziam, é provável que o predomínio da Marinha Real e, conseqüentemente, do Império Britânico não tivesse ocorrido: Durante o período de formação do Império, os britânicos os navios tinham uma navegação muito mais confiável, graças ao cronômetro, do que a de seus adversários portugueses, holandeses e franceses. Assim, os franceses, que estavam bem estabelecidos na Índia antes do início da colonização e do comércio britânicos, foram expulsos após suas derrotas navais na Guerra dos Sete Anos .

A coleção internacional mais abrangente de cronômetros marítimos, incluindo os modelos Harrison H1 a H4, pode ser encontrada no Museu Marítimo Nacional em Greenwich.

Cronômetro de bordo ou relógio de convés

Um “cronômetro de bordo”, em inglês “deck watch” e às vezes chamado de “torpedo cronômetro”, é um cronômetro marítimo portátil fornecido nas várias marinhas de guerra . Isso evita ter que mover o cronômetro de suspensão na ponte para fazer o balanço.

É um relógio de bolso em uma caixa cujo tamanho é geralmente de 22  linhas (49  mm ) com um mostrador redondo com dois ponteiros centrais marcando as horas e minutos e um pequeno ponteiro dos segundos localizado às 6 horas marcando os segundos exatos. Estes relógios têm uma precisão da ordem de menos de meio minuto por semana (em vez de 5 minutos) e devem ser testados como cronômetros certificados por um observatório oficial como os de Neufchâtel ou Besançon.

O serviço hidrográfico da Marinha Francesa estabeleceu um concurso com especificações para a compra de relógios úteis para torpedeiros e relógios não magnéticos atribuídos a submarinos . De 1889 a 1910, 455 torpedos foram adquiridos pelo Estado francês. Os fornecedores desses cronômetros leves foram L. Leroy et fils em Paris, Lip com um calibre 43 equipado com uma mola cilíndrica, Ulysse Nardin e seu calibre 22, Paul Ditisheim ou Solvil com o calibre 7794, Zenith , etc. Um cronômetro denominado torpedo cronômetro foi fornecido em 1895 por Edmond Jaeger, continha um calibre LeCoultre 21 RV e destinava-se a equipar o USS Cushing que participaria da guerra hispano-americana .

O mecanismo do cronômetro

O problema essencial era encontrar um ressonador que não fosse afetado pelas condições variáveis ​​encontradas por um navio no mar.O uso de uma roda de balanço acoplada a uma mola em espiral resolvia a maioria das dificuldades associadas ao movimento do navio. No entanto, a elasticidade dos materiais da mola muda com a temperatura. Para compensar essas mudanças na tensão da mola, os balanços do cronômetro usavam barras bimetálicas para mover os contrapesos em relação ao centro de oscilação, alterando assim o momento de inércia e, portanto, o período do balanço. Este problema foi resolvido de forma satisfatória com a descoberta de uma liga de aço-níquel chamada elinvar por causa de sua elasticidade invariante em temperaturas usuais. Seu inventor, Charles Édouard Guillaume , ganhou o Prêmio Nobel de Física em 1920, em reconhecimento ao seu trabalho na metalurgia (o único Prêmio Nobel concedido por descobertas relacionadas à relojoaria ).

O escapamento tem duas funções. Primeiro, permite que o trem de engrenagens se mova para frente em uma distância pequena e fixa, registrando assim as oscilações da balança. Ao mesmo tempo, fornece a este último uma quantidade muito pequena de energia, compensando as perdas por atrito e mantendo as oscilações o mais constantes possível. É o escape que produz o tique-taque característico dos relógios mecânicos. Existem muitos tipos de escapes, mas os mais comuns são escapes de detenção, nos quais uma pequena parte (o gatilho) bloqueia a roda de escape e permite que a roda do balanço oscile livremente, exceto por um breve momento no centro dela. onde o equilíbrio é menos sensível às forças externas . Durante este instante, o gatilho é movido, permitindo que um dente do escapamento passe e dê um impulso ao eixo de equilíbrio (isso só ocorre em uma direção; durante a oscilação de retorno, o gatilho permanece bloqueado).

Os cronômetros muitas vezes se beneficiaram de outras inovações projetadas para aumentar sua eficiência e precisão. As pedras duras sintéticas, como rubi ou safira, eram frequentemente utilizadas na fabricação de rolamentos para reduzir o atrito e o desgaste dos pivôs e do escapamento; Até o final da produção de cronômetros mecânicos, os fabricantes continuaram a experimentar melhorias que vão desde rolamentos de esferas até cromagem dos pivôs. Por fim, os cronômetros sempre contêm um sistema de backup  (in) que permite continuar caminhando de costas, e um medidor que mede a tensão da mola e indica o tempo restante que ela os levará de volta.

Cronômetros marítimos são os relógios mecânicos portáteis mais precisos já construídos, dando tempo com uma deriva de cerca de um décimo de segundo por dia, permitindo que a posição de uma embarcação seja determinada com um erro de um quilômetro e meio após um mês de viagem marítima.

No XXI th  século

No início do XXI th  século, todos os uso marinhos auxílios à navegação eletrônicos, tais como sistemas de posicionamento por satélite . No entanto, o conhecimento de navegação astronômica , que requer o uso de um cronômetro preciso, ainda é necessário para a obtenção de certos certificados de oficial.

Os modernos cronômetros marítimos são agora de relógios de quartzo , cujo funcionamento é medido diariamente por sinais de rádio ou GPS (o tempo de funcionamento de um cronômetro é adiantado ou o atraso leva uma hora). Esses cronômetros nem sempre são (na ausência de um sinal externo) os relógios de quartzo mais precisos possíveis; entretanto, sabemos como produzir (mesmo para relógios de pulso) movimentos de quartzo que não se desviam mais do que dez segundos por ano (o que é três vezes mais preciso do que os cronômetros mecânicos mencionados acima). Além disso, existe pelo menos um cronômetro de quartzo destinado a situações excepcionais, que utiliza múltiplos cristais e um sistema de correção computacional por seu valor médio, além das correções fornecidas pelos sinais GPS.

Notas e referências

Notas

  1. Desta função vem o nome de "cronometrista" freqüentemente dado aos relógios daquela época.
  2. Na verdade, este prêmio foi concedido a ele em 1773 sob pressão do Rei George III . Mais detalhes sobre as vicissitudes desse reconhecimento podem ser encontrados no artigo a ele dedicado .

Referências

  1. existe pouca informação sobre biográfico Jeremy Thacker  (em)  ; em 2008, Pat Rogers tentou demonstrar que suas publicações caíram sob a farsa literária
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Veja também

Bibliografia

Artigos relacionados

links externos