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Lycée d’Altitude 05100 Briançon
Projet « Horloges d’Altitude »
Les horloges à quartzF
Les horloges et les montresà quartz
Anne-Lise Baudoux 2° SI, 2011-2012F
IntroductionLe quartz peut être de différentes natures selon la pression et la température. Le plus répandu est celui utilisé en horlogerie : c'est le quartz-alpha. Ce dernier présente de nombreuses qualités comme son inaltérabilité, sa solidité et son élasticité. De plus il est piézo-électrique.
Anne-Lise Baudoux 2° SI
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Piézo-électrique : (adj) Qui concerne les phénomènes électriques produits par des corps soumis à des efforts mécaniques.
Piézo-électricité : ( n.f. ; du grec piezein « presser » )
La piézoélectricité est la propriété de certains corps de se polariser électriquement (générer un champ ou un potentiel électrique) sous l'action d'une contrainte mécanique.
Exemples : le quartz, le saphir, la topaze, la tourmaline.
DéfinitionsAnne-Lise Baudoux 2° SI
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Le quartz a la particularité, comme d'autres minéraux tel que le saphir, de générer des charges électriques à sa surface lorsqu'on exerce sur lui des forces mécaniques : c'est l'effet piézo-électrique découvert par les physiciens français Pierre et Jacques Curie.
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Pierre et Jacques CurieAnne-Lise Baudoux 2° SI
Une horloge à quartz est un dispositif qui met en jeu un oscillateur électrique : le quartz. Alimenté par une pile, celui-ci vibre à une fréquence très précise de 32 768 Hz. Un circuit électrique intégré permet d'obtenir une impulsion par seconde. Les impulsions sont ensuite transmises à un système mécanique permettant de faire tourner les aiguilles.
Les horloges à quartzAnne-Lise Baudoux 2° SI
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Avec l'apparition des semi conducteurs et des circuits intégrés, la miniaturisation est telle qu'apparaît la première montre-bracelet à quartz en 1970. Dans les montres à quartz, le mouvement du balancier est remplacé par les vibrations d'un cristal de quartz, entretenues par l'énergie fournie par une pile électrique. Chaque vibration du quartz provoque à son tour un petit courant électrique. Dans une montre à quartz à aiguilles, ce courant fait tourner un moteur qui entraîne le mécanisme des aiguilles. Comme dans une montre mécanique, un système de roues dentées permet aux aiguilles des heures, des minutes et des secondes de tourner à des vitesses différentes.
Les montres à quartz à aiguillesAnne-Lise Baudoux 2° SI
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Il existe également des montres à quartz sans aiguille : ce sont les montres avec un écran d'affichage à cristaux liquides électroluminescents (ce sont des mini-diodes). Le système est le même que pour les montres à aiguilles sauf que ce n'est pas un système mécanique mais un système électronique qui permet d'afficher l'heure : quand ces diodes sont traversées par un courant électrique elles s'illuminent et donc les cristaux deviennent opaques.
Les montres à quartz sans aiguilleAnne-Lise Baudoux 2° SI
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Comment cela fonctionne-t-il ?Anne-Lise Baudoux 2° SI
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Le choc sur le cristal utilisé (le quartz ici) engendre des vibrations mécaniques, ces vibrations sont la cause de charges électriques variables. On obtient ainsi un oscillateur électrique dont la fréquence de vibration est propre au quartz lui-même. La fréquence des oscillations est très stable tant que le cristal conserve ses dimensions. Il faut donc lutter contre les phénomènes de dilatation dues aux variations de température en isolant le cristal.
Ces vibrations, mises en forme et associées à un moteur, sont à l'origine du mouvement des aiguilles d'une montre ou d'une horloge. La précision obtenue est dix fois plus grande que celle de la meilleure des montres mécaniques : une seconde de retard en six ans !
Schéma de fonctionnementAnne-Lise Baudoux 2° SI
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Légende :
en A la pile miniature ;
en B le résonateur à quartz ;
en C le circuit intégré ;
en D un micro moteur électrique ;
en E les aiguilles de la montre.
ConclusionsAnne-Lise Baudoux 2° SI
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Ainsi l'horloge à quartz apparaît comme une révolution par rapport aux systèmes de la mesure du temps utilisés autrefois. Grâce a ses propriétés piézo-électriques, le quartz est donc un composant performant, précis et stable de la montre à quartz. Bien que les montres à quartz perdent 1 seconde tous les 6 ans, leur précision est largement acceptable pour le grand public. En outre, le fait que l'on ait pas besoin de l'entretenir fait que la montre à quartz soit utilisée par 90 % de la population mondiale.
La première horloge à quartz date de 1930. Utilisant des tubes électroniques elle avait des dimensions comparables à celle d'un réfrigérateur !Elle était vraiment énorme : 3 mètres de haut et 2 mètres de large !
AnecdoteAnne-Lise Baudoux 2° SI
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