Contexte et matériaux

Le projet Carton Clock explore la viabilité d’une horloge fonctionnelle réalisée uniquement avec des cartons de boisson, quelques brochettes de barbecue, des pailles en papier, du fil et des écrous métalliques comme poids. Les cartons sont un composite : carton ondulé pour la rigidité, une couche d’aluminium interne et plusieurs films de polyéthylène (PE) qui assurent l’étanchéité. Le PE offre un frottement très faible lorsqu’il glisse sur du PE, ce qui est exploité pour les transmissions par friction, mais il adhère mal à la colle chaude, d’où l’utilisation massive de cette dernière pour maintenir les pièces.

Les bouchons plastiques des cartons, percés au centre, servent de supports réglables pour les brochettes et, lorsqu’ils possèdent des crêtes, comme engrenages primitifs. Cette double fonction simplifie l’assemblage sans introduire de pièces métalliques ou plastiques extraites du recyclage.

Conception de l’échappement et des engrenages

L’échappement, élément critique d’une horloge, a d’abord été testé avec une roue à 30 dents. Le matériau carton ne permettait pas la précision requise ; la roue a échoué à transmettre le mouvement de façon fiable. En réduisant le nombre de dents à cinq et en agrandissant l’ancre, le mécanisme a commencé à « ticking », prouvant que le principe fonctionnait à plus grande échelle.

Pour concevoir les formes des dents et de l’ancre, l’auteur a utilisé Cartontick, un outil web générant des pochoirs de coupe et des gabarits d’assemblage imprimables en 3D. Bien que les gabarits soient imprimés, ils ne font pas partie du produit final, respectant ainsi l’objectif de construction à partir de déchets.

Réduction des rapports et performance

Le pendule est réglé pour une période d’une seconde. Chaque balancement avance la roue d’échappement de demi‑dent, soit 10 s pour un tour complet. Pour que l’aiguille des secondes effectue un tour en 60 s, un rapport de réduction total de 6 : 1 est nécessaire. Ce rapport est obtenu en deux étapes : premièrement, un petit bouchon à 56 crêtes entraîne un plus grand à 90 crêtes (rapport ≈ 1,6 : 1). Deuxièmement, un disque de friction de 27,5 mm de diamètre entraîne un disque découpé dans le carton de 102,7 mm (rapport ≈ 3,7 : 1). Le produit des deux rapports (90/56 × 102.7/27.5) ≈ 6,00 satisfait exactement la cible.

La version 1, limitée à une aiguille des secondes, a fonctionné pendant 7,5 minutes, bien en dessous de l’objectif d’une heure. La version 2 a intégré les rapports supplémentaires pour les aiguilles des minutes et des heures, respectant le même principe de réduction et utilisant uniquement les matériaux cités. Le poids suspendu et le fil assurent l’énergie stockée, permettant à la nouvelle horloge de fonctionner pendant plus de 60 minutes, comme prévu.

Limites et perspectives

La précision dépend fortement de la capacité à découper le carton à des tolérances de l’ordre du millimètre, ce qui reste difficile à réaliser à la main. La colle chaude, bien que abondante, ne garantit pas une adhérence durable sur le PE, ce qui peut entraîner des détachements après plusieurs cycles de fonctionnement. Enfin, l’utilisation d’outils imprimés en 3D introduit un élément non‑trash dans le processus, même si ces outils ne sont pas intégrés dans le produit final. Des améliorations futures pourraient explorer des méthodes de découpe laser ou des traitements de surface du PE pour renforcer l’adhérence sans recourir à des matériaux additionnels.