Les lasers et la réalité virtuelle pour révolutionner la gravure sur cristal de montre

Les ingénieurs de l’EPFL se sont associés à l’horloger de luxe Vacheron Constantin pour développer un système innovant qui utilise des lasers pour créer des sculptures 3D dans des cristaux de montre saphir.

Des métiers aussi anciens que la gravure sur cristal de montre peuvent-ils encore être modernisés, en particulier chez des horlogers traditionnels comme Vacheron Constantin, fondé en 1755? C’est le défi que les ingénieurs du laboratoire Galatea de l’EPFL ont décidé de relever. Ils se sont demandé comment ils pouvaient faire entrer l’artisanat dans le 21e siècle, permettant aux artisans d’utiliser des lasers – plutôt que des graveurs, des ciseaux ou des couteaux – pour sculpter les cristaux de montres. Les lasers peuvent tracer des lignes fines au cœur même d’un cristal, mais ils doivent être guidés à l’aide d’un casque de réalité virtuelle.

Les ingénieurs de Galatea, situé chez Microcity à Neuchâtel, ont travaillé avec Vacheron Constantin pendant deux ans pour développer une approche high-tech de cet artisanat séculaire. «Nous voulions utiliser les nouvelles technologies pour élargir l’éventail des possibilités que les artisans peuvent explorer, sans perdre leur savoir-faire traditionnel ni la finesse de leurs mouvements», explique le Pr Yves Bellouard, titulaire de la chaire Richemont à l’EPFL et à la tête du Galatea Laboratoire. Paul Bertusi, chef de projet ingénierie et innovation chez Vacheron Constantin, ajoute: « Nous voulions intégrer l’innovation dans cette méthode hautement traditionnelle, qui a été affinée dans notre entreprise depuis plus de 265 ans. »

Réinventer le métier de graveur

Le projet a débuté en 2016, peu de temps après que Bellouard a rejoint l’EPFL et créé le Galatea Lab afin d’étudier comment les lasers interagissent avec les matériaux et quelles sont les applications potentielles en micro-ingénierie. Son équipe travaille avec des impulsions laser de haute intensité et ultra-courtes – la même technologie qui a remporté le prix Nobel de physique 2018 – qui sont capables de modifier les propriétés d’un matériau. La découverte de ces légumineuses a ouvert des pistes de recherche entièrement nouvelles. «Jusque-là, il était impossible de travailler à l’intérieur des matériaux», explique Bellouard. « J’ai parlé avec Richemont » – la société qui possède Vacheron Constantin – « comment nous pourrions combiner cette technologie avec des techniques artisanales, et l’appliquer à la gravure de montres semblait être le choix parfait. »

Emmanuelle Maridat, graveuse chez Vacheron Constantin depuis 12 ans, a pensé que c’était une excellente idée. Elle était enthousiasmée par l’opportunité de transformer sa profession en ajoutant cette nouvelle dimension. Mais la gravure au laser s’est avérée être une entreprise compliquée, notamment en termes de contrôle des mouvements de la main dans l’espace virtuel. Il n’est pas facile de graver des lignes profondément à l’intérieur d’un cristal en utilisant seulement un petit faisceau de lumière et un stylo numérique. Et les lignes sont trop petites pour être vues à l’œil nu. L’équipe de recherche a essayé plusieurs appareils de visualisation différents pour leur système: d’abord un appareil binoculaire, puis un écran d’ordinateur, puis ils ont finalement opté pour un casque de réalité virtuelle. Mais le casque devait encore être peaufiné.

La plus grande difficulté que Maridat a trouvée était de n’avoir aucune résistance physique lorsqu’elle déplaçait le stylo. «Dans mon travail, ce n’est pas seulement ce que vous voyez et les formes que vous percevez, mais aussi vos interactions avec les matériaux – lorsque vous les touchez, la résistance que vous ressentez sur votre outil de coupe lorsqu’il se déplace à travers le métal et en grave une partie pour créer Avec le laser, je n’avais rien de tout cela et j’ai perdu mes repères », dit-elle.

Les différentes personnes travaillant sur le projet ont donc entamé une forte courbe d’apprentissage. Les graveurs ont dû s’habituer à utiliser les outils de haute technologie – et, dans le processus, contribuer à améliorer le système – et les ingénieurs ont dû revêtir le chapeau d’un artisan, trouvant un moyen de restaurer le lien physique et la sensation de résistance. . «Avec un laser, vous perdez la connexion mécanique», explique Bellouard. « Et c’est un problème pour les artisans, car ils ne peuvent voir que ce qu’ils font, sans le retour tactile. Nous avons dû recréer ce retour virtuellement. »

Ramener la sensation du toucher

Les ingénieurs de Galatea ont donc contacté Force Dimension, une spin-off de l’EPFL qui développe principalement la technologie de la robotique chirurgicale mais est également impliquée dans l’horlogerie de précision. Les experts de Force Dimension ont conçu un appareil qui recrée la résistance physique qui manquait à Maridat. Ils ont créé un stylo numérique attaché à un bras robotique qui utilise la technologie haptique pour donner aux utilisateurs une sensation de toucher lorsqu’ils gravent virtuellement des matériaux. François Conti, co-fondateur de Force Dimension, le décrit ainsi: « Les programmeurs saisissent des données sur la force et la position d’un mouvement souhaité dans la machine, qui les reproduit ensuite sur le bras robotique. Cela donne aux artisans la bonne résistance, comme s’ils étaient en réalité. toucher l’objet. « 

Le projet est loin d’être terminé et le système peut finir par prendre une forme différente. «Chez Vacheron Constantin, notre objectif d’innovation est de rechercher de nouvelles technologies qui nous permettront de continuer à fabriquer des montres d’exception», déclare Bertusi. « Être capable de structurer des cristaux de montre en 3D, de travailler n’importe où dans un morceau de cristal et de créer de véritables sculptures 3D dans un cristal – tout cela ouvre des possibilités extrêmement intéressantes. » Des discussions sont déjà en cours pour d’autres projets de recherche.