La simulation numérique pour l’horlogerie : entre tradition et innovation
L’excellence suisse en matière de mécanique horlogère et de mécanique d’art est maintenant inscrite sur la Liste représentative du patrimoine culturel immatériel de l’humanité.
L’industrie horlogère suisse est une industrie de pointe, ayant de nombreuses inventions et premières mondiales à son actif. Elle a été fondée à Genève au milieu du 16e siècle, et la ville a rapidement acquis une réputation d’excellence en matière d’horlogerie.
Elle continue de promouvoir les plus beaux savoir-faire horlogers au travers de salons de renommés mondiaux tels que Watches and Wonders et EPHJ
C’est tout naturellement que DAES s’inscrit dans cette tradition d’excellence et offre ses services d’ingénierie horlogère : de l’analyse mécanique linéaire des ressorts, à l’étude CFD des écoulements d’air au contact des éléments pendulaires, en passant par des études de chassage, de choc, d’analyse dynamique et vibratoire, nos ingénieurs experts en calcul numérique accompagnent la R&D des projets horlogers.

L’horlogerie et ses complications
La montre au poignet rappelle à son porteur en permanence ce qu’il a de plus précieux : le temps ! Choisir à qui ou à quoi il va le consacrer avec une exigence de qualité, durabilité, précision et d’empreinte à laisser.
L’horlogerie suisse a conservé sa position de leader sur le marché mondial pendant des siècles. Elle est connue et reconnue pour son dynamisme et sa créativité, toujours capable de relever de nouveaux défis technologiques, économiques ou autres.
Parmi ses nombreuses inventions et premières mondiales, citons la première montre-bracelet étanche, la montre-bracelet la plus plate du monde, la montre-bracelet la plus petite du monde, et bien d’autres…
Les techniques de simulation permettent de virtualiser les complications, systèmes et autres éléments miniaturisés. Elles sont une aide précieuse pour la réussite de vos projets de R&D et de conception.
Quelques exemples des possibilités offertes par la simulation numérique
Le directeur technique de DAES est à l’origine du déploiement des capacités de calcul dans le domaine de l’horlogerie. Il a participé au premier grand projet de calcul et a formé de nombreux ingénieurs dans le domaine. Aujourd’hui nous accompagnons toujours les horlogers sur les thématiques de pointe du calcul tout en faisant remonter la simulation numérique dans des phases plus en amont du process de conception. Grâce à la simulation, des projets toujours plus audacieux peuvent être envisagés sans compromis sur le résultat final. Le processus d’ingénierie de ces objets complexes en devient ainsi de plus en plus efficace, notamment d’un point de vue qualité et de fiabilité, évitant ainsi des erreurs de dimensionnement qui ne seront détectées que tardivement lors des phases de test, voir plus tard encore quand la montre est au bras du client.
Comme pour le crash test d’une voiture, les outils de simulation numérique comme LS-DYNA ou ABAQUS permettent d’estimer les conséquences d’une chute d’une montre de différentes hauteurs. La chute peut être étudiée pour différents composants, comme la glace, la carrure ou le mécanisme interne. Il est aussi aisé d’adapter les matériaux pour voir facilement comment une rupture peut être résolue par le choix d’un matériau plus résistant ou plus ductile.
Ce type de calcul, analyse dynamique, peut aussi bien représenter une montre qui tombe (auquel cas, différents angles peuvent être considérés) qu’un essai mouton-pendule suivant les normes NIHS. Dans tous les cas, les contraintes dans les différents composants peuvent être vérifiées, assurant ainsi l’intégrité de la montre en cas de chute.
Un essai typique en horlogerie consiste à vérifier la tenue en traction et en torsion du bracelet et de la montre, notamment sa carrure et sa liaison au bracelet. On peut alors utiliser des techniques de modélisation similaires à celles mises en place pour les études de chute mentionnées ci-dessus : analyse dynamique avec LS-DYNA.
La complexité de ces éturéside dans le nombre important de degré de liberté de l’assemblage. En effet chaque maillon du bracelet est pris en compte et ajoute des degrés de liberté (DoF) que le logiciel doit traiter. De plus les goupilles, les pivots et chaque contact sont pris en compte et modélisés, ce qui engendre des calculs non-linéaires longs. Ce type de calcul nécessite beaucoup de savoir-faire pour obtenir des résultats conformes avec la réalité physique, tout en permettant la convergence numérique des modèles dans un temps raisonnable.
Dans le cœur de l’ingénierie horlogère se trouvent les complications. L’objectif est de créer un mécanisme purement mécanique utilisant toujours l’énergie du ressort de barillet, moteur de la montre, qui peut être rechargée par l’énergie potentielle de pesanteur dans le cas d’un remontage automatique. A partir de cette énergie stockée, il faut assurer l’isochronie du mécanisme et animer un cadran pour les jours de la semaine, les mois de l’année ou encore le jour et la nuit suivant les complications dans le système.
La dissipation de cette énergie stockée doit donc être optimisée. Grâce à l’expertise de nos ingénieurs et des outils à la pointe (tels que LS-DYNA, ANSYS…), il est possible de modéliser ces mécanismes et prédire leur fonctionnement. On est là dans le laboratoire virtuel de votre entreprise étendue ! L’évaluation des efforts d’actionnement à l’aide de calculs de corps rigides ou flexible, la dynamique complète de mécanismes complexes peut être évaluée, prenant en compte les jeux et autres imperfections géométriques. Ce type d’analyses peut être utilisé pour estimer les efforts nécessaires au fonctionnement du mécanisme ou vérifier par exemple qu’un passage de dent se fait correctement.
Nos simulations numériques ne vous donnent pas qu’un résultat, elles vous donnent une vision interne de ce que vos pièces subissent lors des différents modes de fonctionnement auxquels elles sont soumises.
Auparavant, on faisait un peu de calcul, beaucoup de tests et de prototypes… aujourd’hui nous pouvons faire de multiples prototypes virtuels et seulement un test.
Comme dit Cyril Kharoua, CEO chez DAES : « Au début de ma carrière, on avait cet adage qui disait que personne ne croyait aux simulations numériques à part celui qui les avaient faites et que tout le monde croyait le test, à part celui qui l’avait fait… aujourd’hui c’est presque le contraire ! »
On dit que l’horlogerie, c’est de la formule 1 en tout petit ! Oui, les efforts résistifs causés par les frottements visqueux ont un impact sur le mouvement des pièces. Dès lors il devient important de le prendre en compte. Dans la conception de mouvement, diminuer les frottements est une recherche perpétuelle. L’air contenu dans les montres entraine un frottement visqueux qui augmente des efforts résistifs et influence donc l’isochronie du mécanisme. Les études CFD permettent d’estimer les efforts associés à ce type de frottement.
L’horlogerie est un savant équilibre entre modernité et tradition. La typologie de clientèle évolue et depuis quelques années, il est indispensable de répondre sur l’origine des matières, l’utilisation de matériaux recyclables ou recyclés, cuirs végétaux…
La RSE s’exprime de plus en plus « autour du produit » sur le packaging, la gestion énergétique des manufactures, la façon de sourcer les métaux précieux, la compensation de l’empreinte carbone, la relation avec les fournisseurs… Pour la partie ingénierie, le recours aux simulations numériques contribue largement à cet engagement.