Horloge à quartz
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En , les deux frères physiciens français Pierre Curie et Jacques Curie découvrent l'effet piézoélectrique du quartz : celui-ci possède la capacité de générer des charges électriques à sa surface lorsqu'il subit des forces mécaniques et inversement. Cette capacité en fait un matériel intéressant pour la constitution d'horloges.
La première horloge à quartz, baptisée Crystal clock, fut présentée en par Warren Marrison et J.W. Horton des Laboratoires Bell, à l'occasion de la Conférence de l'Union radio-scientifique internationale[1],[2],[3]. Constituée de tubes électroniques amplifiant la tension d'un quartz battant à 50 kHz, son circuit oscillant cadençait le moteur synchrone d'une horloge à aiguilles. Elle avait des dimensions comparables à celles d'un réfrigérateur tourné à l’horizontale.
Une batterie de quatre nouveaux oscillateurs à quartz produits aux Laboratoires Bell permit de réaliser en 1929 un nouvel étalon national des temps et cycles pour les États-Unis, et d'explorer par la même occasion de nouvelles applications scientifiques et techniques. Pour limiter l'influence des fluctuations de température sur la régularité de l'oscillateur, les oscillateurs étaient chauffés à une température déterminée, inaugurant la technique dite OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator) : le National Bureau of Standards américain parvint ainsi à normaliser les fréquences avec une précision de 10−7 s[4].
En 1928, la société General Radio de Cambridge (Massachusetts) mit sur le marché la première horloge à quartz de série[5]. Ces appareils étaient encore essentiellement destinés aux applications scientifiques[6], et les indications du cadran servaient à régler la fréquence d'un oscillateur sur un étalon national en exploitant le phénomène de battements.
Au cours des deux années suivantes, l'horloge à quartz se diffusa dans les laboratoires britanniques et allemands, faisant évoluer les étalons de fréquence de ces deux nations. Simultanément, l'horloge à quartz connaissait de nouveaux perfectionnements en Italie, au Japon et aux Pays-Bas[7]. En 1932, deux chercheurs de l’Institut Métrologique Fédéral de Berlin, Adolf Scheibe et Udo Adelsberger, testèrent différents modèles d'horloge à quartz[8], et dès 1935, ils parvinrent, avec un oscillateur battant à 60 kHz (et après division de fréquence jusqu'à 333 Hz par moteur synchrone), thermostaté à 0,001 °C près, à abaisser la gigue à moins de ±0,002 s[9]. Ils purent ainsi mettre en évidence les irrégularités saisonnières dans la vitesse de rotation de la terre[10],[11] : pour la première fois, une horloge physique dépassait en précision l'étalon de temps astronomique. Un chercheur du Bureau international de l'heure, Nicolas Stoyko, réalisa une expérience similaire en 1937[12], montrant une variation de la durée du jour de 4 millisecondes par décennie.
En 1938, un chercheur du National Physical Laboratory, Louis Essen, utilisant des quartz toriques, fabriqua une horloge à quartz encore plus précise. Au début des années 1940, le Royaume-Uni put ainsi disposer du plus dense réseau d'horloges à quartz du monde[13].
La première horloge à quartz industrielle allemande est celle du laboratoire Rohde & Schwarz de Munich[14] : cette horloge CFQ (1938), combinaison astucieuse d'un oscillateur à quartz et d'un diapason, remédiait aux encombrants oscillateurs à lampes. L'horloge parlante allemande se mit à en utiliser deux en 1939 en raison de leur fiabilité et de leur précision[15].
En , les deux premiers mouvements à quartz pour montre sont présentés, un par le Centre électronique horloger (mouvement béta 1) et l'autre par le centre de recherche et développement de Seiko.
La première montre-bracelet à quartz commercialisée, la Seiko Quartz Astron 35SQ, apparaît en 1969[16]. Commercialisée à 100 exemplaires avec un boîtier en or, elle coûtait le prix d'une voiture. Les premières montres suisses à quartz, utilisant le mouvement beta 21, sont commercialisées à partir de 1970.
Aujourd'hui, le quartz est présent partout où l'électronique est présente : montres, ordinateurs, téléphones portables, téléviseurs, modems, etc.
La Seconde Guerre mondiale et la conquête spatiale ont participé à l’essor des résonateurs à quartz et notamment à leur perfectionnement. Les oscillateurs à quartz[17] servent aujourd’hui encore de référence de temps. Leurs principaux atouts sont leur stabilité avec notamment un facteur de qualité (qui est défini comme le rapport entre la fréquence propre et la largeur de la bande passante de la résonance du système) pouvant monter jusqu’à 109, leur petite taille (quelques millimètres pour les plus petits), ainsi que leur faible coût de production.
La production mondiale de quartz électronique représente plus de 8 milliards de dollars américains chaque année, la majorité pour des montres à quartz ou comme base de temps dans des composants électroniques.