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Cette horloge, placée n'importe où dans le monde, vous indiquera par elle-même l'heure, la latitude et l'hémisphère où vous trouvez, et vous prouvera que la terre tourne sans même que vous ayez besoin de lever les yeux.
Un pendule de Foucault est très simple: une masse oscillante suspendue voit son plan d'oscillation peu à peu tourner à cause de la rotation de la terre. Ce plan de rotation est de 24 heures dans le sens des aiguilles d'une montre au pôle Nord, nul à l'équateur et de nouveau 24 heures dans le sens antihoraire au pôle Sud. Par contre, un observateur placé sur une étoile verra toujours le pendule osciller sur le même plan.
La propulsion du pendule est assurée par un électro-aimant
qui envoie une impulsion répulsive chaque fois qu'il détecte
le passage du balancier au-dessus de lui. La base de temps ne provient
donc que de la longueur du balancier.
|Les
pendules de Foucault courts (moins
de 1 mètres) sont rarissimes de par le monde, car les problèmes
rencontrés lors de leur construction deviennent rapidement
insurmontables.
Les pendules longs sont infiniment plus faciles réaliser en
comparaison.

Le premier problème est la suspension. Elle se doit d'être parfaite, sans quoi le pendule choisira le plan qui lui est le plus favorable et s'y maintiendra. Le fil d'acier ne peut pas avoir de tensions internes et doit être parfaitement sphérique. La fixation aussi devrait être parfaite: les classiques petits mandrins de précision à 4 mors ne suffisent pas, car ils doivent encore être soigneusement polis.
Le deuxième problème est la précession de l'ellipse. Ce phénomène ne se retrouve que très amoindri sur les grands pendules et n'entre pas en ligne de compte lors de leur construction. Sur les pendules de moins de 2 mètres, il provoque des forces plus importantes que l'effet de Foucault. Il doit donc être annulé, ou tout au moins réduit. Un moyen utilisé est d'intercaler un anneau de Charron sur le tiers supérieur du fil, anneau dont le diamètre intérieur devrait être parfaitement poli. Un pendule court ne peut pas fonctionner sans système de réduction la précession de l'ellipse.
Ce sont tous ces phénomènes mis ensemble qui font qu'un pendule de Foucault de moins de 1 mètre tient presque du miracle. Le temps passé à l'usinage et au montage ne dépassera pas le dixième du temps total, tout le reste étant perdu en réglages. Et comme chaque nouveau réglage impose une attente minimale de 16 heures pour voir les résultats...
Ce pendule à une période d'oscillation réglée à une seconde. J'utilise ce phénoméne pour faire tourner l'aiguille des secondes, qui entraîne celle des minutes et des heures. Le fait d'user un pendule de Foucault comme horloge impose encore d'autres contraintes: 1) pouvoir régler précisément la durée de la période 2) compenser les variations de longueur du pendule dues aux différences de température 3) stabiliser l'amplitude pour respecter l'isochronisme. Le premier pendule de Foucault que j'avais conçu (Pestoline) usait d'un système ingénieux mais perfectible: le fil du pendule coulissait dans un trou et pouvait être réglé en amont, de la même manière qu'on accorde une corde de guitare. Mais le fait de le raccourcir ou de le rallonger changeait aussi la position de l'aimant par rapport à la bobine, variant ainsi sa la force de l'impulsion. Ce qui faisait que régler finement la durée de l'amplitude tenait du sport. Sur ce modèle, le fil ne bouge pas: c'est le trou qui peut être monté ou descendu. Ce système permet même de régler la période du balancier pendant qu'il bouge sans perturber sa course, option qu'on ne retrouve pas sur les horloges classiques. La compensation de température est assurée par un bimétal situé au-dessus de l'ensemble. Les problèmes inhérents à l'usinage de l'anneau de Charron furent résolus par l'emploi d'un rubis. Le rond est ainsi parfait et l'usure nulle.
Mais pourquoi donc deux cadrans séparés? Celui de gauche indique l'heure donnée par le pendule, et l'autre est une horloge à quartz qui sert ici de référence. Donc voici enfin une horloge qui peut satisfaire tout le monde: les gens pressés liront toujours le cadran de droite car plus précis et les poètes se délecteront de celui de gauche (car ce qu'on aime vraiment chez les gens comme chez les choses, n'est-ce point justement l' imperfection?) et les scientifiques, eux, liront attentivement la moyenne des deux. Ainsi, si par exemple l'aiguille des secondes du pendule retarde un peu un moment, elle va ensuite rattraper son retard 1/4 de révolution plus tard. Ce prénomène est dû à l'excentrage de l'anneau de Charron, et la moyenne de ces fluctuations est nulle. Donc cette horloge ne se règle pas comme une horloge normale, car une éventuelle excentricité de l'anneau de Charron provoque une accélération du passage du balancier qui sera invariablement suivie d'un ralentissement de même amplitude1/4 de révolution plus tard. On doit donc régler la moyenne du temps d'une demi-révolution. Celle-ci variera en fonction de la latitude où se situe l'horloge. Dans mon atelier, elle est de 16 heures 34 minutes et 14 secondes.
Les premiers tests révèlent une imprécision (perfectible
par réglage de la hauteur du balancier) de moins d'une seconde par
jour. Ceux qui veulent consulter des données ci-dessous peuvent
le faire en cliquant ici.
(Ces données ne
peuvent être ouvertes qu'avec le logiciel MicroSet de Bryan Mumford)
Un court pendule de Foucault qui fonctionne tient presque du
miracle:
son installation doit être définitive. Il n'est pas possible
de le prendre et de le faire fonctionner sans autre en plusieurs
endroits
différents, car les réglages de niveaux sont très
précis et ne doivent plus être modifiés une fois que
le pendule fonctionne correctement. Ces réglages peuvent prendre
jusqu'à deux semaines lors de l'installation.