Presse, Watchtime.net, 2013.10. ➜ Le silicium, c’est bien, mais pour les montres, il existe fondamentalement un meilleur matériau, que les femmes aiment appeler leur meilleur ami : Le diamant, le matériau le plus dur qui soit.
Ici, on peut Ulysse Nardin est une fois de plus un pionnier. Le 26 avril 2002, les premiers contacts ont été pris avec la GFD, Gesellschaft für Diamantprodukte, une start-up d’Ulm dont l’activité principale est le dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour la production synthétique de diamants.
En juin 2002, on disposait encore d’un objet « test » de la nouvelle inhibition double directe en diamant CVD. Il a été suivi par de nouveaux ressorts en spirale qui devaient démontrer les propriétés élastiques du diamant. En effet, le diamant n’est pas aussi dur et inflexible qu’il n’y paraît à première vue. Le 27 décembre 2002, les premières horloges ont fait tic-tac. Néanmoins, le Freak Diamond Heart s’est fait attendre jusqu’en 2005. Les 100 exemplaires ont été vendus en un clin d’œil, mais le bilan financier lié à l’inhibition par diamant complet a été décevant : Les composants CVD coûtent 50 fois plus cher que les composants en silicium. Heureusement, une voie médiane en or appelée Freak DiamonSil se dessinait déjà à l’époque.
L’échappement de la montre lancée en 2007 avec le calibre 200 était composé d’un matériau composite inédit : des composants en silicium recouverts d’une couche de diamant synthétique nanocristallin. Les composants précis et peu gourmands en énergie en raison de leur faible masse ont été fabriqués par l’entreprise suisse Sigatec SA à Sion et par l’entreprise allemande GFD à Ulm.
Mais même ce procédé prometteur impliquait des restrictions quantitatives et une édition limitée du Freak DiamonSil. C’est encore sous l’égide de Rolf W. Schnyder qu’Ulysse Nardin a pu acquérir la technologie DCS (Diamond Coated Silicon).
En collaboration avec GFD et son directeur Peter Gluche, un département spécifique a été créé dans le nouveau bâtiment de Sigatec SA, qui s’occupe du revêtement au diamant des composants en silicium à l’aide d’un surgénérateur très complexe.
Au plus tard à ce stade, la question se pose de savoir pourquoi le diamant, si le silicium est aussi parfait que certains le prétendent ?
L' »indomptable » ne séduit pas seulement par sa dureté, mais aussi par sa légèreté. Son poids spécifique est inférieur d’environ 25% à celui du titane, déjà très léger. Malgré cela, le diamant possède une résistance mécanique environ dix fois supérieure à celle du titane. Le fait que des matériaux aussi durs soient extrêmement fragiles s’applique également au diamant. En raison de sa remarquable résistance mécanique, il faut des forces particulièrement élevées pour casser le diamant. Les pertes sont également comparativement faibles lorsque deux surfaces diamantées lisses frottent l’une contre l’autre. Même sans lubrifiant, ils ne représentent que 20 % de la friction obtenue par les mesures de la rencontre entre l’acier et le rubis synthétique.
Comme chacun sait, les diamants naturels sont extrêmement chers. Une autre raison pour laquelle ils ne sont pas adaptés aux composants horlogers est le manque de possibilités d’usinage avec les technologies conventionnelles. D’autre part, le diamant est entièrement composé de carbone. Celui-ci est quant à lui bon marché et disponible de manière quasi illimitée. Dans la nature, les diamants se forment sous une puissante pression d’environ 70 kbar à des températures d’environ 1500°Celsius, à une profondeur d’environ 150 km. En 1955, on a réussi pour la première fois à imiter la nature et à transformer artificiellement le graphite, c’est-à-dire le carbone faiblement lié, en diamant. Ce processus nécessitait des températures allant jusqu’à 2.000°C et des pressions allant jusqu’à 60 kbar. Une autre percée a eu lieu dans les années 1980, lorsque des techniciens ont mis au point le procédé CVD innovant.
Le CVD, dont l’abréviation est Chemical Vapor Depositon, permet de condenser le carbone contenu dans le méthane (biogaz) en une fine couche sous forme de diamant. Les revêtements diamantés sont produits sur un matériau support sous l’effet d’un apport d’énergie et d’une dépression d’environ un mbar. Cette couche est composée de cristaux de diamant plus ou moins gros qui se rejoignent sur leurs côtés. Les composants revêtus possèdent donc quasiment les propriétés du diamant décrites. Pour la plupart des applications micromécaniques, une épaisseur de cinq millièmes de millimètre est largement suffisante. Le diamant se distingue du graphite et d’autres types de carbone par la liaison particulièrement forte des atomes de carbone entre eux. Il est vrai que rien ne vient de rien. Dans ce cas, la liaison des atomes de carbone nécessite une grande quantité d’énergie. Et un concentré de savoir-faire qui se trouve dans le réacteur de Sigatec SA. Il résulte d’une dizaine d’années de travail de développement intensif. Durant cette période, quatre modèles ont été créés, chacun ayant été testé de manière approfondie. La variante actuelle, la plus grande de ce type à ce jour, permet d’industrialiser ce type de production de diamants pour la micromécanique.
Les couches minces de diamant sont demandées là où il existe déjà une pièce à optimiser. Dans ce cas, ce sont des composants en silicium qui sont créés par voie microtechnologique à l’aide de la technologie Deep Reactive Ion Etching, ou DRIE.
Image, exemple : La roue d’échappement d’Ulysse Nardin est entourée d’une couche de diamant nanocristallin de 5 µm d’épaisseur autour du noyau de silicium.
Le processus breveté de gravure à sec du silicium a été mis au point par les ingénieurs de Robert Bosch GmbH dès le début des années 1990. Ensuite, un développement continu a eu lieu. DRIE grave le silicium non protégé par voie chimique à l’aide d’ions fluor. Il en résulte des composants aux arêtes droites et aux flancs presque parfaitement lisses. Il en résulte un glissement presque sans friction et un fonctionnement sans huile. Cependant, la technique de traitement extrêmement complexe rend le DRIE extrêmement cher. Par analogie avec les micropuces, cette méthode permet de cloner littéralement les petites pièces de montres. Une pièce est donc identique à 100 % à une autre. Pour la fabrication, il faut d’abord un dessin très agrandi et extrêmement précis du composant souhaité. Grâce à une habile projection de réduction à la dimension définitive, la surface d’une plaquette de silicium recouverte d’une laque photosensible est utilisée de manière optimale.
Si l’on souhaite encore appliquer un revêtement en diamant, il faut bien entendu en tenir compte lors de la conception. Dans le waver en silicium, les composants sont maintenus à l’aide de minuscules ponts et recouverts en trois dimensions de la très fine couche de diamant nanocristallin. L’énergie nécessaire au processus n’est d’ailleurs pas de trop. Pour ceux qui, comme Ulysse Nardin, souhaitent utiliser des composants en silicium diamantés dans le calibre de manufacture UN 118, il suffit en fait d’un seul concept : Mimotec fournit l’étape lithographique préliminaire ultraprécise, Sigatec offre les installations de gravure et le réacteur pour le revêtement en diamant.
