Au troisième étage du bâtiment de physique de l’université d’Otago, à Dunedin, une horloge tourne depuis 1864 sans que personne n’ait jamais tourné sa clé. Construite par un horloger écossais installé en Nouvelle-Zélande, l’Beverly Clock est une horloge atmosphérique construite en 1864 par l’horloger et inventeur écossais Arthur Beverly, installée dans le hall du Département de physique de l’université d’Otago à Dunedin. Cent soixante-deux ans de fonctionnement quasi continu, alimentés par rien d’autre que les caprices du thermomètre.

Le mécanisme tient dans une boîte hermétique d’à peine 28 litres d’air. Une variation de température ou de pression fait gonfler ou se contracter l’air dans cette boîte étanche d’un pied cube, ce qui pousse sur un diaphragme. Cette membrane, quelques millimètres de course tout au plus, transmet sa poussée à un poids qui, en remontant, recharge l’horloge comme le ferait n’importe quelle clé de remontage manuel. Le mécanisme de l’horloge est entraîné par les variations de pression atmosphérique et par les variations quotidiennes de température ; des deux, les variations de température sont les plus importantes.

Sommaire

1. Un souffle d’air pour toute énergie
2. Les rares pannes d’une mécanique presque increvable
3. Pourquoi ce n’est pas un mouvement perpétuel

Un souffle d’air pour toute énergie

L’ampleur du phénomène tient en un chiffre presque comique. Une variation de température de 6 °F (3,3 °C) sur une journée crée à peu près assez de pression pour soulever un poids d’une livre d’un pouce, soit l’équivalent de 13 millijoules ou 3,6 microwattheures. Pour donner une idée : il faudrait environ un million de journées comme celle-ci pour allumer une ampoule LED pendant une seconde. C’est dire la frugalité du système, et le tour de force qu’il représente mécaniquement : convertir un souffle d’air quasi imperceptible en un couple suffisant pour entraîner des aiguilles, des rouages et un échappement.

Dunedin, avec son climat océanique frais et ses écarts thermiques réguliers entre le jour et la nuit, offre justement le terrain idéal pour ce genre de mécanisme. Les amplitudes moyennes mensuelles y dépassent quasi systématiquement le seuil des 3,3 degrés nécessaires pour actionner la membrane. Un climat plus stable, tropical par exemple, aurait sans doute condamné l’horloge à l’arrêt prolongé. L’endroit n’est donc pas neutre : il fait partie intégrante du mécanisme, au même titre que le laiton des engrenages.

Les rares pannes d’une mécanique presque increvable

L’horloge n’a jamais été remontée à la main depuis sa construction. Mais elle s’est arrêtée, à plusieurs reprises, et pour des raisons bien identifiées. Le mécanisme s’est arrêté à plusieurs occasions, par exemple lorsqu’il fallait le nettoyer ou en cas de défaillance mécanique, ainsi que lors du déménagement du Département de physique vers de nouveaux locaux. Un rouage encrassé, une pièce fatiguée par plus d’un siècle de frottements, un transport d’un bâtiment à l’autre : voilà les seules causes d’interruption recensées dans l’histoire de l’objet.

Il existe aussi des arrêts plus subtils, purement climatiques. Lorsque la température ambiante ne fluctue pas suffisamment pour fournir la quantité d’énergie nécessaire, l’horloge cesse de fonctionner, mais elle reprend une fois que les paramètres environnementaux se rétablissent. Pas besoin d’intervention humaine dans ce cas précis : la nature reprend simplement son rythme, et le mécanisme repart de lui-même, comme un dormeur qui se réveille sans réveil. Un ouvrage de référence publié dans l’European Journal of Physics en 1984, cosigné par Arthur Beverly lui-même aux côtés des physiciens Amon et Dodd, avait déjà consigné ces pannes ponctuelles liées au nettoyage ou aux déménagements successifs du département.

Un détail amuse les visiteurs qui parviennent jusqu’au troisième étage : l’accès à l’horloge nécessite désormais une carte magnétique pour emprunter l’ascenseur, l’objet étant devenu une pièce si emblématique du campus qu’elle mérite sa propre protection.

Pourquoi ce n’est pas un mouvement perpétuel

L’illusion est tentante : une horloge qui tourne depuis plus d’un siècle et demi sans qu’on ait jamais eu à la remonter ressemble furieusement à ce Graal impossible de la physique, le mouvement perpétuel. Il n’en est rien, et les scientifiques d’Otago sont les premiers à le rappeler. Malgré de nombreuses tentatives et revendications de construction d’une machine à mouvement perpétuel, personne n’y est parvenu, pour une raison très simple : c’est impossible. L’horloge Beverly ne fait pas exception à cette loi. Elle puise son énergie ailleurs, dans les variations thermiques de son environnement, exactement comme un panneau solaire capte la lumière ou une éolienne le vent.

Ce qui n’est pas impossible en revanche, c’est un dispositif qui utilise une énergie disponible, solaire ou hydraulique par exemple, pour accomplir son travail : moins une machine à mouvement perpétuel qu’une machine très efficace. L’horloge de Dunedin ne crée aucune énergie à partir de rien ; elle capte, avec une efficacité redoutable, l’énergie thermique ambiante que le soleil et la nuit dispensent gratuitement chaque jour. Le principe n’est d’ailleurs pas unique en son genre : un mécanisme comparable équipe la célèbre pendule Atmos, fabriquée depuis des décennies par l’horloger suisse Jaeger-LeCoultre, où un mélange gazeux et liquide de chlorure d’éthyle se dilate dans une chambre à mesure que la température augmente, comprimant un ressort spiral.

Arthur Beverly, mort en 1907, n’a jamais vu son invention traverser deux siècles. Il a légué sa fortune à l’université d’Otago, de quoi financer aujourd’hui encore des bourses d’études en physique portant son nom. Son horloge, elle, continue de battre la mesure au rythme des saisons australes, rappelant qu’il existe des façons remarquablement économes de transformer l’air ambiant en temps qui passe.

Sources : blogs.otago.ac.nz | try3steps.com | handwiki.org