Chronometr morski

Chronometr morski
Przykładowe zdjęcie przedmiotu Chronometr morski
Zawieszenie morski chronometr połowie XIX th  wieku , podpisane Breguet .
Wynaleziony przez Christiana Huygensa i Johna Harrisona w 1675/1767
Domena aplikacji Zegarmistrzostwo

Chronometr morski , zwany również marynarka zegarek , jest zegar , który jest na tyle precyzyjny, aby być używany jako przenośny podstawy czasu , w tym w jadącym pojeździe. Rozwój tych instrumentów w XVIII -tego  wieku stanowił przełom, ponieważ dokładna znajomość czasu podczas długiej podróży było konieczne dla Astronawigacja w celu ustalenia długości . Pierwszy prawdziwy chronometr był wynikiem nieustających wysiłków jednego człowieka, Johna Harrisonaponad 31 lat prób i błędów; miał zrewolucjonizować sztukę nawigacji morskiej (a następnie nawigacji powietrznej) w miarę rozkwitu kolonializmu.

Termin chronometr został najwyraźniej stworzony w 1714 roku przez Jeremy'ego Thackera, jednego z pierwszych konkurentów w cenie zaproponowanej przez ustawę o długości geograficznej w tym samym roku, ale słowo „chronometr” wydaje się nieco starsze w języku francuskim, w sensie metronomu  ; na początku XXI th  century, odnosi się bardziej ogólnie przetestowane i certyfikowane zegarki spełniać pewne standardy precyzji (a słowo „zegar” nie może pojawić się na szwajcarskiego zegarka, jeśli został certyfikowany przez COSC ); z drugiej strony jest nadużywany do mierzenia krótkotrwałych urządzeń, takich jak te używane w zawodach sportowych, które w rzeczywistości są chronografami .

Przed pojawieniem się stoperów

Aby określić położenie na powierzchni Ziemi, należy znać szerokość i długość geograficzną oraz wysokość nad poziomem morza (tę ostatnią można pominąć w przypadku zastosowań morskich). Do połowy XVIII -tego  wieku, nawigacyjne Określa pełnomorski (Out of Sight gruntu) było niemożliwe, ze względu na trudności w obliczaniu długości. O ile szerokość geograficzną można określić, na przykład, mierząc wysokość Słońca w południe (w czasie jego kulminacji ), o tyle długość geograficzna wymagała znajomości czasu rzeczywistego (w czasie uniwersalnym ) tego zdarzenia, co wymagało utrzymywania zegara. czas z dużą dokładnością (inne metody, takie jak metoda Galileusza , oparte na obserwacji ruchu satelitów Jowisza , okazały się niewykonalne na poruszającym się statku). Równolegle z metodą opartą na zegarek, gdy miara odległości księżycowych zaproponował na początku XVI th  century przez astronoma Johannesa Wernera został wprowadzony w życie i pozostał najczęściej technikę do perfekcji i stopery obniżyć koszty. Holenderski uczony Gemma Frisius jako pierwszy w 1530 roku zaproponował (bez użycia tego słowa) użycie chronometru do określania długości geograficznej.

Dokładny stoper będzie pokazywać czas został skalibrowany do (Greenwich Mean Time (GMT), na przykład), nawet po kilku dniach podróży. Znajomość średniego czasu Greenwich (słonecznego) pozwala żeglarzom obliczyć różnicę długości geograficznej między położeniem ich łodzi a średnim czasem Greenwich, ponieważ Ziemia obraca się o 15 ° długości geograficznej na godzinę. W praktyce almanach przeznaczony do nawigacji, tabele trygonometryczne i sekstant pozwalały nawigatorom na wykorzystanie Słońca, Księżyca, planet Układu Słonecznego i 57 gwiazd odniesienia.

Stworzenie obiektu do wiarygodnego pomiaru czasu na pokładzie statku okazało się trudne. Aż do XX th  century, najbardziej precyzyjne instrumenty były znane zegary równowagę , ale były one bezużyteczne na morzu.

Pierwsze chronometry morskie

Christiaan Huygens , po wynalezieniu zegara wahadłowego w 1656 r., Próbował zbudować we Francji instrumenty bez wahadła. W 1675 roku, będąc emerytem Ludwika XIV , wynalazł chronometr wykorzystujący wagę i sprężynę spiralną jako regulator zastępujący wahadło, torując drogę dla chronometrów morskich i nowoczesnych zegarków (naręcznych). Colbert przyznał mu patent na swój wynalazek, ale jego zegary pozostały zbyt nieprecyzyjne do użytku morskiego.

Dalsze próby podjęli Jeremy Thacker  (nie) w Anglii w 1714 r. I Henry Sully we Francji w 1716 r., Który opublikował swoją pracę w 1726 r. Pod tytułem Zegar wymyślony i wykonany przez pana Sulli ( sic ), ale te maszyny okazał się niezdolny do wytrzymania ruchów morza, aby w każdych okolicznościach precyzyjnie określić czas.

John Harrison , stolarz rzemieślnik z Yorkshire , przedstawił następnie projekt w 1730 r. I zbudował w 1735 r. Zegar oparty na oscylującym momencie ciężaru w przeciwnych kierunkach i połączony sprężynami, na których działanie nie wpływała ani grawitacja, ani ruchy statek. Jego pierwsze dwa prototypy, H1 i H2 (ukończone w 1741 r.) Korzystały z tego systemu, ale stwierdził, że mają one niedopuszczalną wrażliwość na siły odśrodkowe . Konstrukcja jego trzeciej maszyny w 1759 r., Nazwanej H3, obejmowała nowe łuski okrągłe oraz wynalezienie taśmy bimetalicznej i łożysk kulkowych , wynalazków wciąż szeroko stosowanych. Okrągłe łuski H3 musiały okazać się zbyt nieprecyzyjne i Harrison postanowił zrezygnować ze zbyt dużych maszyn.

Harrison rozwiązał te problemy z precyzją dzięki wynalezieniu chronometru H4, znacznie mniejszego niż poprzednie. H4 bardzo przypominał duży zegarek kieszonkowy o średnicy 12  cm . Złożył go w 1761 r., Uzyskując nagrodę w wysokości 20 000  funtów, którą rząd brytyjski zaoferował w 1714 r. Używał szybkiej równowagi sterowanej spiralną sprężyną z kompensacją temperatury (system ten pozostał do tej pory powszechnie stosowany). że pojawienie się stabilnych oscylatorów elektronicznych umożliwia produkcję bardzo precyzyjnych zegarków przenośnych po przystępnej cenie). Harrison opublikował swoją pracę w 1767 roku w książce zatytułowanej Principles of Mr Harrison's time-guard .

Henry Sully zaprezentował pierwszy chronometr morski w 1716 roku. 
Rysunki chronometru H4 Harrisona, zbudowanego w 1761 roku (z The Principles of Mr Harrison's Time-Keeper ). 
Chronometr morskich n O  3 Ferdinand Berthoud , 1763. 

Nowoczesny stoper

Mniej więcej w tym samym czasie we Francji Pierre Le Roy wynalazł w 1748 r. Wychwyt zapadkowy, charakterystyczny dla współczesnych chronometrów. W 1766 roku Le Roy stworzył chronometr składający się z wychwytu zapadki, równowagi temperaturowej i izochronicznej sprężyny  : Harrison wykazał możliwość niezawodnego chronometru na morzu, ale innowacje Le Roya uznano za fundamentalne dla nowoczesnych stoperów, czyniąc te urządzenia o wiele bardziej precyzyjne niż to, czego się spodziewano.

Ferdinand Berthoud we Francji i Thomas Mudge w Anglii również odnieśli sukces w budowaniu niezawodnych zegarków na morzu.Żaden nie był prosty, ale pokazali, że rozwiązanie Harrisona nie jest jedynym możliwym. Jednak największe postępy w kierunku praktycznych rozwiązań pochodziły od Thomasa Earnshawa  (w) i Johna Arnolda, którzy w 1780 roku opracowali i udoskonalili układ wydechowy „sprężynowy” oraz udoskonalili konstrukcję i produkcję sprężyn spiralnych. To połączenie innowacji miało być podstawą nowoczesnych chronometrów, aż do pojawienia się urządzeń elektronicznych.

Nowa technologia była tak droga, że ​​niewiele statków zostało wyposażonych, co pokazało dramatyczną ostatnią podróż statku Arniston  (in) . Jednak około 1825 roku Royal Navy zaczęła systematycznie wyposażać swoje statki w chronometry.

W tamtych czasach żeglarze często chodzili i obserwowali kulę czasu , taką jak w Greenwich , i ustawiali stopery przed wyruszeniem w długą podróż. Każdego dnia statki zakotwiczone krótko w Tamizie w Greenwich, czekając na obserwatorium piłka spadnie na dokładnie 1  P.M. Praktyka ta doprowadziła następnie do przyjęcia Greenwich Mean Time (GMT) jako międzynarodowego standardu (kule czasu straciły swoją użyteczność około 1920 r. Wraz z pojawieniem się nadawanych sygnałów czasu, na przykład przez WWV , które same w sobie są obecnie w dużej mierze zastąpione przez czas GPS ). Oprócz tych ustawień przed odlotem chronometry morskie były również regularnie sprawdzane na morzu poprzez obserwacje Księżyca lub Słońca.

Chociaż przemysłowe metody produkcji zaczęły zrewolucjonizować zegarek w połowie XIX th  century (np fabryki Onezym Dumas i Delépine Barrois w Saint-Nicolas-D'aliermont ), produkcja zegarków była długa rzemieślniczego. Około roku 1900, Swiss producentów takich jak Ulysse Nardin poczyniła wielkie postępy w zakresie stosowania nowoczesnych metod produkcji i części wymiennych, ale dopiero na początku II wojny światowej , że Hamilton Watch Company udoskonalany produkcyjnych technik w serii , co pozwoliło zbudować tysiące chronometrów Hamilton Model 21 dla Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i innych statków alianckich. Pomimo sukcesu Hamiltona, domowe chronometry nigdy nie zniknęły całkowicie z rynku; tak więc w Anglii Mercer of St. Albans kontynuował jej produkcję do około 1970 roku.

Bez precyzji chronometrów morskich i precyzji nawigacji, którą przyniosły, prawdopodobne jest, że przewaga Królewskiej Marynarki Wojennej , a tym samym Imperium Brytyjskiego , nie miałaby miejsca: w okresie formowania się Imperium Brytyjskie okręty miały, dzięki chronometrowi, nawigację znacznie bardziej niezawodną niż ich portugalski, holenderski i francuski przeciwnik. W ten sposób Francuzi, którzy mieli ugruntowaną pozycję w Indiach przed rozpoczęciem brytyjskiej kolonizacji i handlu, zostali wypędzeni po porażkach morskich w wojnie siedmioletniej .

Najobszerniejszą międzynarodową kolekcję chronometrów morskich, w tym modele Harrisona od H1 do H4, można znaleźć w National Maritime Museum w Greenwich.

Wbudowany chronometr lub zegarek pokładowy

„Pokładowy chronometr”, po angielsku „zegarek pokładowy” i czasami nazywany „chronometrem torpedowym”, to przenośny chronometr morski używany w różnych marynarkach wojennych . Pozwala to uniknąć konieczności przesuwania stopera zawieszenia na moście w celu dokonania przeglądu.

Jest to zegarek kieszonkowy w kopercie, którego rozmiar to ogólnie 22  linie (49  mm ) z okrągłą tarczą z dwiema środkowymi wskazówkami wskazującymi godziny i minuty oraz małą wskazówką sekundową umieszczoną na godzinie 6, oznaczającą dokładną sekundę. Zegarki te, które mają dokładność rzędu mniej niż pół minuty na tydzień (zamiast 5 minut) i muszą być testowane jako chronometry certyfikowane przez oficjalne obserwatorium, takie jak Neufchâtel lub Besançon.

Hydrograficzne służby marynarki francuskiej ustanowiła konkurencję z przeznaczeniem na zakup zegarków przydatnych dla łodzi torpedowych i zegarki niemagnetycznych przypisanych do łodzi podwodnych . Od 1889 do 1910 roku państwo francuskie zakupiło w ten sposób 455 zegarków torpedowych. Dostawcami tych lekkich chronometrów byli L. Leroy et fils w Paryżu, Lip z kalibrem 43 z cylindryczną sprężyną włosową, Ulysse Nardin i jego kaliber 22, Paul Ditisheim lub Solvil z kalibrem 7794, Zenith itd. Chronometr oznaczony jako chronometr torpedowy został dostarczony w 1895 roku przez Edmonda Jaegera, zawierał kaliber LeCoultre 21 RV i miał być wyposażeniem USS Cushing, który miał wziąć udział w wojnie hiszpańsko-amerykańskiej .

Mechanizm chronometru

Istotnym problemem było znalezienie rezonatora, na który nie miałyby wpływu zmienne warunki panujące na statku na morzu Zastosowanie koła balansowego sprzężonego ze sprężyną spiralną rozwiązało większość trudności związanych z ruchem statku. Jednak elastyczność materiałów tworzących sprężyny zmienia się wraz z temperaturą. Aby skompensować te zmiany napięcia sprężyny, w wagach chronometrycznych zastosowano bimetaliczne pręty do przesuwania przeciwwag względem środka oscylacji, zmieniając w ten sposób moment bezwładności , a tym samym okres równowagi. Problem ten został pomyślnie rozwiązany przez odkrycie stopu stalowo-niklowego o nazwie elinvar, ze względu na jego niezmienną elastyczność w zwykłych temperaturach. Jego wynalazca, Charles Édouard Guillaume , otrzymał w 1920 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w nagrodę za swoją pracę w metalurgii (jedyna Nagroda Nobla przyznawana za odkrycia związane z zegarmistrzowstwem ).

Wydechowy ma dwie funkcje. Po pierwsze, pozwala przekładni zębatej na przesunięcie się do przodu na niewielką, stałą odległość, rejestrując w ten sposób oscylacje wagi. Jednocześnie dostarcza temu drugiemu bardzo małą ilość energii, kompensując straty spowodowane tarciem i utrzymując oscylacje na możliwie stałym poziomie. To wychwyt powoduje tykanie charakterystyczne dla zegarków z mechanizmami mechanicznymi. Istnieje wiele rodzajów wychwytów, ale najczęściej są to wychwyty zapadkowe, w których niewielka część (spust) blokuje koło ucieczkowe i pozwala mu swobodnie oscylować, z wyjątkiem krótkiej chwili w jego środku. gdzie waga jest najmniej wrażliwa na siły zewnętrzne . W tym momencie spust jest poruszany, umożliwiając przejście zęba wychwytu i przekazanie impulsu do osi równowagi (dzieje się to tylko w jednym kierunku; podczas oscylacji powrotnej spust pozostaje zablokowany).

Chronometry często korzystały z innych innowacji zaprojektowanych w celu zwiększenia ich wydajności i dokładności. Te twarde kamienie syntetyczne, takie jak rubinu lub szafiru często stosowany w produkcji łożysk w celu zmniejszenia tarcia i zużycia czopami i gazów spalinowych; do końca produkcji stoperów mechanicznych producenci kontynuowali eksperymenty z ulepszeniami, począwszy od łożysk kulkowych, a skończywszy na chromowaniu czopów. Wreszcie, chronometry zawsze zawierają system zapasowy  (in), umożliwiający im dalsze chodzenie za plecami, oraz miernik mierzący napięcie sprężyny i wskazujący pozostały czas, jaki zabierze ich z powrotem.

Morskie chronometry to najdokładniejsze przenośne zegary mechaniczne, jakie kiedykolwiek zbudowano, dając czas z dryfem około jednej dziesiątej sekundy dziennie, umożliwiając określenie pozycji statku z błędem półtora kilometra po miesiącu podróży morskiej.

W XXI th  wieku

Na początku XXI -go  wieku, wszystkie elektroniczne pomoce nawigacyjne wykorzystanie morskie, takie jak pozycjonowanie systemy satelitarne . Jednak znajomość nawigacji astronomicznej , która wymaga użycia dokładnego chronometru, jest nadal wymagana do uzyskania niektórych zaświadczeń oficerskich.

Nowoczesne chronometry morskie są teraz o zegar kwarcowy , którego prowadzenie jest mierzony codziennie od sygnałów radiowych lub GPS (z systemem czasu czasomierza jest z góry lub opóźnienie trwa jedną godzinę). Te chronometry nie zawsze są (przy braku sygnału zewnętrznego) najbardziej precyzyjnymi zegarami kwarcowymi; jednak wiemy, jak wytwarzać (nawet w przypadku zegarków na rękę) mechanizmy kwarcowe , które nie dryfują o więcej niż dziesięć sekund rocznie (co jest trzykrotnie dokładniejsze niż wspomniane powyżej mechaniczne chronometry). Ponadto istnieje co najmniej jeden chronometr kwarcowy przeznaczony do wyjątkowych sytuacji, który wykorzystuje wiele kryształów i komputerowy system korekcji wykorzystujący ich średnią wartość, oprócz poprawek podawanych przez sygnały GPS.

Uwagi i odniesienia

Uwagi

  1. Od tej funkcji pochodzi nazwa „chronometrażysty”, często nadawana zegarom w tamtym czasie.
  2. W rzeczywistości ta nagroda została mu przyznana w 1773 roku pod naciskiem króla Jerzego III . Więcej szczegółów na temat perypetii tego uznania można znaleźć w poświęconym mu artykule .

Bibliografia

  1. Istnieje niewiele informacji biograficznych na temat Jeremy'ego Thackera  (w)  ; w 2008 roku Pat Rogers próbował wykazać, że jego publikacje wpisały się w literacką mistyfikację
  2. Sobel, Dava, długość geograficzna. Prawdziwa historia samotnego geniusza, który rozwiązał największy problem naukowy swoich czasów. , Points Sciences, Le Seuil, 1998, s.  56,57. Wykluczając inne rozwiązania problemu długości geograficznej, Thacker napisał: „Krótko mówiąc, jestem przekonany, że Czytelnik musi zacząć myśleć, że fonometry, pirometry, selenometry, heliometry i wszystkie inne mierniki nie są warte porównania z moim chronometrem  ”
  3. Saviour, Principles of acoustics and music in Memoirs of 1701 of the Royal Academy of Sciences
  4. (w) Byron Heath, Discovering the Great South Land , str.  167 (książki Google)
  5. (w) Arnold Pacey New, Labirynt pomysłowości: idee i idealizm w rozwoju technologii , s.  133 ff (w książkach Google)
  6. (w) Michael R. Matthews Time for Science Education , str.  152 Tekst w książkach Google
  7. (w) „  Chronologia zegarów  ”
  8. (w) „  The Principles of Mr. Harrison's time-guard  ”
  9. (in) Podręcznik twórców zegarków i zegarków Britten Dictionary & Guide Fifteenth Edition , str.  122 Tekst w książkach Google
  10. (en) Samuel L. Macey, Encyklopedia czasu , str.  348 (w książkach Google)
  11. (w) Abbott Payson Usher, Historia wynalazków mechanicznych , str.  330 (w książkach Google)
  12. (w) Podręcznik twórców zegarków i zegarków Britten Dictionary & Guide Fifteenth Edition , str.  1-22 (w książkach Google)
  13. (w :) David S. Landes ( trad.  Chiński), Revolution in Time: Clocks and the Making of the Modern World , Cambridge, MA, Belknap Press of Harvard University Press,1983, 482,  str. ( ISBN  978-0-674-76800-0 , LCCN  83008489 ) , str.  165. Pierre Le Roy miał już zasadniczo te same pomysły około 1748 r., Ale porzucił tę koncepcję
  14. (w) Samuel L. Macey Encyclopedia of Time , str.  349 (w książkach Google)
  15. (w) Basil Hall, The Lieutenant and Commander , London, Bell and Daldy (via Gutenberg.org) 1833 1862 ( OCLC  9305276 , czytaj online ) , „Rozdział XIV. Podwojenie peleryny. "
  16. (w) Frederick James Britten , Train Clock & Watchmakers and their Work , New York, Spon & Chamberlain 1894( czytaj online ) , s.  230 : "Chronometry nie były regularnie dostarczane do Królewskiej Marynarki Wojennej do około 1825 r."
  17. (w) Golding Bird, The Elements of Natural Philosophy; Jednakże, Wprowadzenie do studiów nad naukami fizycznymi , J. Churchill and Sons,1867( czytaj online ) , s.545
  18. (w) Tony Jones, Splitting the Second: the story of atomic time , Bristol (Wielka Brytania), CRC Press ,2000, 199  str. ( ISBN  0-7503-0640-8 , czytaj online ) , s.121
  19. Nathaniel Bowditch i Jonathan Ingersoll Bowditch, The New American Practical Navigator , EM Blunt,1826( czytaj online ) , s.179
  20. (w) Norie, JW, „  Aby znaleźć długość geograficzną złotych chronometrów Time-Keepers  ' , New and Complete Esitome of Practical Navigation ,1816( czytaj online )
  21. (w) Alfred T. Mahan , Wpływ potęgi morskiej na historię .
  22. (in) „  Chronometry, zegarki i precyzyjne chronometry - Marine Chronometers  ” , National Maritime Museum (dostęp: 21 maja 2011 )
  23. „On  -board chronometer  ” , w Fondation de la Haute Horlogerie (dostęp 8 listopada 2017 )
  24. „  Zegarki wojskowe„ Ziemi ”  ” , na HourConquest (dostęp 8 listopada 2017 r. )
  25. (in) "  Międzynarodowa konwencja o wymaganiach w zakresie wyszkolenia marynarzy, wydawania im świadectw i pełnienia wachty 1978  " , Przewodnik po prawie Admiralicji i morskim, Konwencje międzynarodowe (data dostępu: 22 września 2007 )
  26. (in) „  Międzynarodowa konwencja o wymaganiach w zakresie wyszkolenia marynarzy, wydawania im świadectw i pełnienia wachty (ze zmianami)  ” ( Archiwum • Wikiwix • Archive.is • Google • What to do? ) , International Maritime Organisation (dostęp: 22 września 2007 r. )
  27. (w) "  International Yachtmasters at Maritime Institute, Yachtmasters Race  " , The Maritime Institute (dostęp: 22 września 2007 )
  28. (w) The Royal Yachting Association, „  Royal Yachting Association Yachtmaster Training  ” ( Archiwum • Wikiwix • Archive.is • Google • What to do? ) (Dostęp 22 września 2007 )
  29. Definicja chodzenia
  30. (w) Alexander Read, "  High dokładne timepieces That Could be used as marine chronometer  " (dostęp: 22 września 2007 )
  31. (w) Bruce G. Montgomery, „  Keeping Precision Time When GPS Signals Stop  ” , Cotts Journal Online (dostęp: 22 września 2007 )
  32. (w) „  Dokładny czas i częstotliwość w zastosowaniach marynarki wojennej: zaawansowany zegar PICO  ” , DoD TechMatch, Fundacja Konsorcjum High Technology w Wirginii Zachodniej. (dostęp 22 września 2007 )

Zobacz też

Bibliografia

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne