Si vous vous promenez dans les rues de la Chaux-de-Fonds, il y a fort à parier que vous tombiez sur le nom de Charles-Edouard Guillaume. Cela ne vous dit rien ? Et pourtant. Ce chercheur neuchâtelois au profil discret, a joué au 19^e siècle un rôle crucial dans l’essor de l’horlogerie de précision. Inventeur de deux familles d’alliage encore utilisées aujourd’hui, ce natif de Fleurier reçoit en 1920 la récompense ultime pour l’ensemble de ses découvertes : le fameux Prix Nobel de physique.

Un parcours inattendu mais sans faute

Au cœur de la vallée neuchâteloise, c’est dans l’atelier de son père horloger que Charles-Edouard Guillaume (CEG) passera toute son enfance. Prédestiné à la vocation horlogère familiale, le jeune homme préférera se tourner vers la physique à la sortie du gymnase. Après un doctorat à l’Ecole polytechnique fédérale de Zurich, il se découvre alors une passion pour la métrologie, la science de la mesure.

Directement engagé au Bureau international des poids et mesures à Sèvre, près de Paris, ce sont ses travaux sur la thermométrie, le moyen de mesurer les températures et le souci du détail qui vont lui bâtir une réputation.

Si à l’époque, les unités de temps, grandeurs et températures variaient de pays en pays ou de région en région, CEG va proposer des comparateurs simples auxquels tout le monde a accès, tels que l’eau.

commente François Goetz, professeur à la HE-Arc ingénierie de Neuchâtel,

Face à une véritable vacuité dans le domaine des unités de mesures, Charles-Edouard Guillaume et le Bureau international des poids et mesures vont apporter des solutions, telles que la mise en place d’étalons maîtres. Cet organisme mondialement reconnu où CEG travaillera plus de cinquante ans le nommera par la suite directeur entre 1915 et 1936. « C’est dans cette volonté de réaliser des mesures très précises que CEG a été amené à faire ses recherches sur les alliages qui vont le rendre célèbre », indique François Goetz.

Des découvertes révolutionnaires

En effet, c’est à la base pour résoudre des problèmes en métrologie que Charles-Edouard Guillaume va se lancer dans la quête fastidieuse de matériaux résistants aux changements de températures. Avant ses découvertes, lorsque l’on prenait une barre métallique en Suisse par exemple et que l’on constatait qu’elle mesurait un mètre, le même objet en Afrique se dilatait sous l’effet de la chaleur ce qui en changeait sa taille.

Afin de mesurer ces unités uniformément, CEG teste ainsi plus de 600 alliages et met finalement au point en 1896 l’invar (abréviation d’invariable). Alliant le fer et le nickel, ce matériau résiste enfin à toute dilatation ou du moins s’avère désormais dix fois moins dilatable que les métaux de l’époque. Obsédé par la perfection de la mesure, CEG crée ensuite un deuxième alliage de nickel chrome doté d’une élasticité invariable, connue sous le nom d’Elinvar (abréviation d’élasticité invariable).

Des trouvailles qui le rapprocheront enfin du monde de l’horlogerie. Le rythme des horloges à pendules dépendant de la longueur de la tige du pendule a notamment bénéficié de ces avancées. Ces tiges en métal étant sensibles à la chaleur, elles se rallongeaient lors de journées très chaudes et allaient de ce fait, moins vite qu’à la normale. La révélation de l’invar sera une révolution pour le secteur horloger qui peut dès lors proposer des tiges qui ne nécessitent plus de réglages fréquents.

Pour ce qui est de l’Elinvar, ce sont les montres bracelet qui en profiteront. Le rythme de ces garde-temps étant donné par un balancier spiral (une sorte de roue reliée au cadre par un spiral en acier qui fait des va-et-vient), lorsque des variations de températures se font ressentir, le spiral se ramolli. Grâce à l’utilisation de l’Elinvar, l’élasticité du spiral ne change plus et la boîte à rythme de la montre conserve sa constance. L’invention de l’Elinvar a alors permis aux garde-temps de gagner 10 ou 50 fois en précision. Aujourd’hui encore, la plupart des montres mécaniques son équipées de spiraux en alliage proche de celui découvert par CEG.

Des alliages encore présents dans notre quotidien

Outre les montres, le travail de Charles-Edouard Guillaume se retrouve dans de nombreuses applications. Autrefois utile pour l’éclairage, le métal qui ne se dilate pas a trouvé sa fonction dans les lampes à incandescence, lors de l’élévation de la température dû au courant électrique. Mais aussi dans les tubes cathodiques des télévisions d’ancienne génération.

L’invar a également servi notamment pour régler un problème d’ingénierie avec la Tour Eiffel. Un fil a été tendu depuis le sol jusqu’au deuxième étage du monument pour analyser sa déformation due à la température et voir comment elle se comportait sous l’effet du vent,

raconte le professeur François Goetz. En géodésie à son tour, l’invar a fait ses preuves pour déterminer avec encore plus de précision la forme de la Terre.

De nos jours, une des grandes applications des recherches de CEG, mis à part celle des montres mécaniques, est dans les cuves des méthaniers. Ces navires transportant du méthane liquéfié à moins 162 degrés, à l’image d’un thermos géant, doivent résister à toute forme de dilatation. Au final, tous ces cas concrets ne sont que la représentation du génie dont a fait preuve ce savant si discret qu’a été Charles-Edouard Guillaume.

Ces travaux atteignent un niveau de perfection quasiment inégalé aujourd’hui,

constate François Goetz. Victime de l’anonymat, le travail de CEG reste mis à l’honneur au sein de la Fondation du même nom, qui se trouve à la Chaux-de-Fonds.

Dates clés : 

1861 : Naissance de CEG dans le canton de Neuchâtel

1878 : Admission à l’Ecole polytechnique fédérale de Zürich

1883 : Entrée au Bureau international des poids et mesures

1895 : Mise au point de l’invar

1919 : Mise au point de l’élinvar

1920 : CEG lauréat du Prix Nobel de physique

1938 : Décès de CEG à Sèvres, en France

Article rédigé par Julie Müller