JSH Histoire

John Arnold

12 décembre 2013

De la production des chronomètres de marine au XVIIIème siècle

John Arnold et Thomas Earnshaw sont les deux horlogers anglais qui, en développant sur une échelle importante au dix-huitième siècle la fabrication du chronomètre de marine, ont contribué à en généraliser l'emploi. Jusqu'alors, la plupart des éléments constitutifs de ces instruments devaient sortir des mains mêmes des constructeurs, et leur production restait ainsi étroitement limitée.

Il fallut à John Harrison trois ans pour terminer successivement ses dernières montres marines No 4 et No 5. Ce délai fut également nécessaire à Kendall pour livrer au Board of Longitude la réplique de ce No 4 et il demanda deux ans pour exécuter ensuite chacune de ses dupliques K2 et K3. 
Ce n'est qu'après trois années de travail que Mudge parvint à terminer son premier chronomètre de marine, la construction de « la Bleue » et de « la Verte » exigea ensuite pour l'un et l'autre de ces chronomètres, trois nouvelles années. Le Commt. Gould a relevé dans The Marine Chronometer la portée de ces longs délais, en ajoutant que si la production totale de Ferdinand Berthoud s'est élevée à une septantaine d'appareils en une quarantaine d'années (Louis Berthoud a été plus rapide ; il a produit environ 150 pièces en 27 ans), il ne lui a pas été possible d'exécuter ses chronomètres à une allure dépassant annuellement deux ou trois unités, cela à l'époque où il en avait cependant établi les types plus ou moins définitifs.

Au cours de cette même période, Arnold comme Earnshaw (Le British Horological Institute a fait apposer en 1929, à l'occasion du centenaire de la mort de Thomas Earnshaw, une plaque commémorative sur sa tombe et le Journal suisse d'Horlogerie a publié à cette occasion une notice consacrée à l'oeuvre de ce grand horloger) sont l'un et l'autre parvenus à produire plus d'un millier de chronomètres de marche très satisfaisante ; leur mode de fabrication permit de les livrer à des conditions de prix bien inférieures à celles des horlogers qui viennent d'être cités. Les types qu'ils créèrent ont, de plus servi de guide aux fabrications entreprises en d'autres pays, aussi ne saurait-on surestimer l'importance des services rendus par ces constructeurs à la navigation. Leur production n'a pu être atteinte qu'en faisant appel à la division du travail. 
Arnold aussi bien que Earnshaw eurent tout d'abord à établir un modèle simple et facilement réalisable de leurs garde-temps ; ils consacrèrent ensuite leurs efforts à une réalisation rationnelle, en recourant pour les opérations de l'ébauche, la fourniture des rouages, pierres, ressorts, cadrans, aiguilles, boîtiers, à des artisans spécialisés, qui ne manquaient pas dans le district horloger de Clerkenwell ou dans le Lancashire. Ils eurent cependant à former le personnel voulu pour exécuter certaines parties, telles l'échappement et le balancier, tout en se réservant pour eux-mêmes les opérations finales de la pose du spiral et du réglage, considérées comme de précieux secrets de fabrication.

Arnold et Earnshaw ne furent cependant pas meilleurs amis que Pierre Le Roy et Ferdinand Berthoud. Comme le Commt. Gould l'a fait remarquer, ils se sont âprement disputé la priorité d'origine de tous les perfectionnements apportés à l'échappement du chronomètre de marine, et à la constitution de ses organes réglants.

John Arnold, né en 1736 dans un village des Cornouailles, était fils d'un horloger auprès duquel il commença son apprentissage ; mais à la suite d'une dispute de famille, il quitta la maison paternelle et s'embarqua bien jeune pour le continent. Après avoir voyagé d'abord en Hollande, puis en Allemagne, en gagnant péniblement sa vie, parfois comme armurier lorsque le travail d'horloger faisait défaut, Arnold rentrait en Angleterre ; il connaissait un peu les langues, son esprit était déjà mûri par les années passées à l'étranger.

Il s'établit à Londres, et se fit bientôt connaître par une petite montre à sonnerie insérée dans le chaton d'une bague. Il fut admis à présenter cette pièce au roi en 1764 ; ce tour de force lui valut la faveur de la cour et de nombreux clients. C'est en 1770 qu'il entra en relations avec le Board of Longitude et soumit à l'Observatoire de Greenwich son premier chronomètre de marine.

Ce début ne fut pas satisfaisant. Le mode de compensation de ces premières pièces se rapprochait du dispositif de John Harrison, agissant sur la longueur du spiral. 
Instruit sans doute par la publication du Mémoire sur la meilleure manière de mesurer le temps en mer de Pierre Le Roy, paru en 1770, John Arnold se rendit bien compte de l'intérêt de ses idées. On voit alors apparaître son premier dispositif de balancier compensateur (fig. 2) exécuté en 1773, où deux masses diamétralement opposées s'éloignent ou se rapprochent du centre, sous l'effet d'une lame bimétallique enroulée en spirale.

Dès 1779, le mode d'actionnement des masses compensatrices fut modifié et remplacé par une paire de bilames symétriques repliées en S (fig. 3). Cette forme de balancier a été appliquée entre 1779 et 1782 à une quarantaine de chronomètres. On retrouve ce modèle dans le chronomètre de marine représenté par le Major Paul Chamberlain dans son dernier ouvrage Its About Time (Richard-R. Smith Edit., 120, East 39th Street, New-York, N. Y.)

Cette pièce est devenue, avec toute la collection de chronomètres du regretté collectionneur américain, propriété du Mariners Museum de Newark (Virgine). L'échappement illustré fig. 4 offrait l'inconvénient d'exiger la présence de l'huile aux parties agissantes : ceci provoquait de sérieuses perturbations de marche.

Il y a plusieurs points communs entre ce dispositif et la construction d'un autre échappement à détente pivotée d'Arnold (fig. 5). La roue d'échappement portait une double denture, mais les fonctions présentaient au point des huiles les mêmes inconvénients que le dispositif précédent. Cette pièce appartient aux collections de la Société royale de Londres. 
Arnold substitua à cet échappement le dispositif (fig. 6) pour lequel il avait obtenu un brevet d'invention. La détente ne repose plus sur des pivots, mais elle est fixée à sa base sur la platine ; elle est amincie en ressort de manière à pouvoir fléchir près de son point d'attache, comme on le voit sur le dessin. 
Earnshaw a revendiqué la paternité de cette nouvelle disposition, comme il l'a indiqué dans Longitude, an Appeal to the Public, volume de 314 pages publié en 1808. Il donne les détails les plus précis sur les conditions dans lesquelles il réalisa sa découverte. Il s'était rendu compte des inconvénients inhérents à l'emploi d'un axe pivoté pour supporter la pièce intermédiaire de l'échappement ; pour y remédier, il avait terminé son nouveau dispositif à détente ressort, mais les moyens lui faisaient défaut pour protéger lui-même par un brevet cette importante transformation. Le compte rendu de ses tribulations est un cruel exemple du sort qui bien souvent est réservé aux inventeurs.

Le dispositif de l'échappement à détente ressort d'Earnshaw continue à être employé dans tous les chronomètres de marine, sous une forme pratiquement inchangée depuis lors. Un modèle agrandi exécuté par l'inventeur pour le compte du Board of Longitude a été reproduit d'après l'original conservé à l'Observatoire de Greenwich, dans notre publication commémorative de 1921 (Paul Ditisheim. — Le Centenaire de Thomas Earnshaw, Journal suisse d'Horlogerie, 1929.)

John Arnold, conscient de l'intérêt qu'il y avait à appliquer la même forme d'échappement libre à détente ressort dans des formats plus maniables que celui des chronomètres de marine, mit alors en travail un certain nombre de chronomètres de poche. Il adapta en même temps à leur construction son balancier compensateur avec le spiral héliocoïdal à courbes terminales. 
L'efficacité de ces applications, liée à l'emploi de l'échappement à détente, ne tarda pas à se manifester, aussi bien dans le chronomètre de marine du type habituel que dans le calibre plus portatif qui avait été mis en chantier. 
Les montres de petites dimensions, telle la pièce à sonnerie insérée dans une bague, pour la reine d'Angleterre, indiquent d'ailleurs bien les aptitudes d'Arnold et son habileté à surmonter les difficultés d'exécution de pièces de format réduit.

Après avoir subi durant treize mois les épreuves officielles de l'Observatoire de Greenwich, comprenant des observations au porter, le chronomètre de poche No 36, déposé en mars 1779, obtenait pour le réglage dans les diverses positions les résultats résumés dans le tableau suivant :

PositionsMarche diurne
Verticale XII en haut 0,36 sec.avance
Verticale III 0,35 sec retard
Verticale VI 0,85 sec
Verticale IX 0,29
Horizontale cadran haut 1,72 sec
Horizontale cadran bas 2,83 sec.

Pendant ces 395 jours d'observation, les sauts de marche du chronomètre n'ont jamais dépassé le chiffre de trois secondes entre deux marches diurnes consécutives, et l'erreur maxima mensuelle des treize mois, rapportée à la marche du premier mois d'épreuves, n'atteignit que 2 min. 33 sec. Le réglage fut ensuite observé durant cinq mois supplémentaires ; on peut imaginer la sensation que durent provoquer de tels résultats dans les milieux horlogers de la capitale britannique.

En ce, qui touche au réglage dans les diverses positions ainsi obtenu dès 1779 par John Arnold, rappelons les conditions dans lesquelles les grands voyages d'épreuves de 1761 et 1764 aux Indes occidentales furent entrepris sur les navires de l'Amirauté. 
La fameuse montre à longitude No 4 de John Harrison était déposée sur un coussin et pendant toute la traversée, on la maintenait en position horizontale, suivant les indications du niveau d'eau, en déplaçant la manette d'un plateau sur lequel était placé l'étui contenant la montre. 
Harrison avait employé le dispositif à la cadran pour conserver à l'horizontale ses trois premières machines horaires, mais pour sa montre marine No 4, il abandonna ce mode de suspension, s'imaginant qu'il pourrait en résulter d'autres variations, plus fortes que les écarts qu'il devait prévenir. Il avait d'ailleurs été expressément spécifié au départ que la montre n'était pas réglée pour les conditions anormales auxquelles elle pourrait être exposée.
William Harrison, fils du célèbre horloger participait à ces deux voyages d'épreuves ; lorsque le navire donnait de la bande, il avait charge de conserver au garde-temps sa position horizontale.

La fig. 10 donne une idée du célèbre chronomètre No 36 avec lequel Arnold fut le premier à réaliser, sous un format voisin de celui d'une montre de poche, la surprenante précision de réglage en position qui vient d'être rappelée. Le balancier compensateur de cette pièce se trouve fig. 7 et on voit à côté (fig. 8) la forme finale donnée dès 1782 au balancier de tous les chronomètres de John Arnold. 
Ce dernier modèle porte une serge bimétallique indépendante, dont les deux secteurs se vissent sur un support annulaire non sectionné. Les lamelles d'acier et de laiton constituant les éléments semi-circulaires de la partie compensatrice sont réunies l'une à l'autre par le procédé du soudage.

Earnshaw a introduit dans la constitution de son balancier un perfectionnement de première importance, en pratiquant au tour dans un disque d'acier d'épaisseur voulue, l'évidage circulaire destiné à recevoir au creuset et par fusion directe, la coulée de laiton appelée à former la bilame. Cette méthode assure une liaison bien plus intime que le soudage entre les deux métaux constituant la couronne circulaire. Le procédé continue d'ailleurs à être employé par tous les producteurs de balanciers compensateurs.

On voit ci-contre, deux chronomètres de poche, l'un d'Arnold, l'autre dû à Earnshaw. Dans chacune de ses montres se retrouve la forme caractéristique du balancier de ces grands constructeurs. 
Arnold utilisa dès 1776 le spiral cylindrique et en 1782, il fit breveter une disposition de ce spiral où le dernier tour était ramené vers le centre. Les courbes extrêmes, dit la patente, ont la propriété de rendre toutes les vibrations d'égale durée, car la figure du spiral reste toujours concentrique à elle-même.

Chronomètres de poche d'Arnold et d'Earnshaw avec le balancier compensateur caractéristique de ces deux constructeurs.
Chronomètre de poche No 28 d'Arnold. Son mécanisme et son apparence ressemblent beaucoup au fameux chronomètre d'Arnold No 36. Il comprend un échappement à détente et le fameux balancier d'Arnold sous forme de S'.

L'ancienne chronométrie connaissait déjà des règles empiriques applicables dans ce but, telles les courbes tâtées de Gourdain dont le principe consistait à modifier en tâtonnant la courbure des extrémités du spiral dans le voisinage de ses points d'attache. Abram-Louis Breguet avait construit un spiral plat terminé par une courbe réglante extérieure, ramenée parallèlement vers le centre, dans un deuxième plan. 
De patientes recherches pratiques l'avaient conduit à cette disposition, assurant une grande régularité dans le développement de l'organe oscillant ; les spires peuvent ainsi s'ouvrir et se fermer concentriquement, au lieu d'être dé jetées d'un seul côté comme avec le spiral ordinaire. Avec cette disposition, Breguet obtenait les avantages du spiral cylindrique coudé d'Arnold, inapplicable en raison de son volume aux montres de faible épaisseur qui, avant notre époque, connurent une très grande vogue en France du temps de ce prestigieux horloger. J'ai rappelé il y a une vingtaine d'années, lorsque fut commémoré le centenaire d'A.-L. Breguet ( Paul Ditisheim. — Breguet et la Chronométrie, Journal suisse d'Horlogerie, 1923.), comment se sont nouées ses étroites relations avec John Arnold.

Le duc d'Orléans rendant visite à John Arnold lors d'un séjour en Angleterre, sortit de sa poche une montre achetée chez Breguet. Arnold fut saisi d'une telle admiration devant cette œuvre qu'en dépit de toutes les difficultés du voyage en ce temps-là, il partit directement pour Paris afin de faire connaissance avec son collègue, et pour le prier de vouloir bien lui faire la faveur de prendre son fils en apprentissage. 
La faveur fut concédée, et le jeune Arnold resta deux ans à Paris sous la direction du maître. 
Pendant les années de la Révolution, Antoine-Louis Breguet fit de son côté un séjour prolongé en Angleterre ; il se trouvait à Londres en 1792, et les liens d'intimité établis entre les familles des deux artistes eurent une influence marquée sur la nature de l'oeuvre d'Abram-Louis Breguet, aussi bien que sur le caractère de précision imprimé à tous ses travaux. 
Le spiral réglant à courbe terminale extérieure dont nous venons de parler, universellement désigné sous le nom de Breguet, demeure un exemple caractéristique de cette influence, d'ailleurs nettement appuyé par le témoignage que nous relevons dans Britten, d'une montre en argent, oeuvre de John Arnold, donnée au fils de son ami. 
Le célèbre horloger français adapta au mouvement de cette montre son fameux tourbillon, et sur la cuvette on peut lire la touchante inscription que voici : Premier régulateur à tourbillon de Breguet réuni à un des premiers ouvrages d'Arnold. Hommage de Breguet à la mémoire révérée d'Arnold. Offert à son fils en 1803.

Le brillant résultat obtenu à Greenwich par Arnold en 1780 marque une importante étape dans le domaine du réglage des positions de la montre. On ne put cependant atteindre qu'après des tâtonnements infinis des résultats analogues, jusqu'au moment où le tourbillon de Breguet vint apporter par ce dispositif mécanique des plus ingénieux, une deuxième solution. 
Plus tard, les exigences de la chronométrie de précision ont conduit Ed. Phillips à étudier le problème sur des bases nouvelles ; ce savant fut le premier à appliquer à la chronométrie les méthodes fécondes de l'analyse mathématique, par son mémoire initial sur la formation des courbes terminales du spiral, présenté à l'Académie des sciences en 1861.

Chronomètre de poche No 28 d'Arnold. Son mécanisme et son apparence ressemblent beaucoup au fameux chronomètre d'Arnold No 36. Il comprend un échappement à détente et le fameux balancier d'Arnold sous forme de S'.

Un tableau exposé au Musée de South Kensington, montre John Arnold entouré de sa famille ; une inscription rappelle que Mrs. Arnold secondait dans sa profession le célèbre horloger. 
Sa mort remonte à 1779. Son fils John-Roger Arnold devint seul chef de l'entreprise. 
En 1808, l'Amirauté lui versa le tiers des dix mille livres sterling allouées suivant le deuxième Acte du Parlement de 1774 pour récompenser ceux qui, après John Harrison, avaient contribué aux nouveaux progrès accomplis dans la mesure des longitudes en mer. Une somme égale avait été remise en même temps au fils de Thomas Mudge et à Thomas Earnshaw, alors seul survivant de cette belle phalange des pionniers de la chronométrie de marine. L'ingénieur Edward-John Dent, bien connu pour ses recherches sur la compensation des chronomètres, l'erreur secondaire, et d'autres travaux scientifiques, entra en 1830 comme associé chez John-Roger Arnold. 
A sa mort, survenue en 1843, la maison fut reprise par Charles Frodsham, horloger de haute réputation, sous le nom duquel se poursuit son activité.

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