Un chronomètre de marine, appelé aussi montre de marine, est une horloge suffisamment précise pour être utilisée comme une base de temps portable, y compris sur un véhicule en mouvement. Le développement de ces instruments au cours du constitua une avancée technologique majeure, car la connaissance précise de l'heure durant un voyage au long cours était nécessaire à la navigation astronomique pour pouvoir déterminer la longitude. Le premier chronomètre véritable fut le résultat des efforts acharnés d'un seul homme, John Harrison, au long de d'essais et erreurs ; cela devait révolutionner l'art de la navigation maritime (et par la suite aérienne) alors que le colonialisme prenait son essor.
Le terme fut apparemment créé en 1714 par Jeremy ThackerPeu d'informations biographiques existent au sujet de ; en 2008, Pat Rogers a tenté de démontrer que ses publications relevaient du canular littéraire, un des premiers concurrents pour le prix proposé par le Longitude Act la même année. En écartant d'autres solutions au problème de la longitude, Thacker écrivait : , mais le mot « chronomètre » est d'apparition un peu plus ancienne en français, dans le sens de métronomeSauveur, Principes d'acoustique et de musique in Mémoires de 1701 de l'Académie Royale des Sciences ; au début du , il désigne plus généralement des montres testées et certifiées satisfaisant à certains standards de précision (ainsi, le mot « chronomètre » ne peut apparaître sur une montre que si elle a été certifiée selon la norme ISO 3159 par un organisme accrédité, en Suisse par le COSC, en France par l'observatoire de Besançon ou en Allemagne par l'observatoire de Glasshütte), entre autres ; il est en revanche utilisé abusivement pour des appareils de mesure de durées courtes, telles que celles des compétitions sportives, qui sont en fait des chronographes.
Avant l'apparition des chronomètres
vignette|Le « chronomètre » de marine de utilisait des suspensions à cardan dans une cloche à vide. Pour déterminer une position à la surface de la Terre, on doit connaître la latitude, la longitude et l'altitude (cette dernière pouvant être négligée pour des utilisations maritimes). Jusqu'au milieu du , une navigation précise en haute mer (hors de vue des côtes) était impossible, à cause des difficultés de calcul de la longitude. Alors que la latitude pouvait être déterminée, par exemple, en mesurant la hauteur du Soleil à midi (au moment de sa culmination), la longitude demandait de pouvoir connaître l'heure réelle (en temps universel) de cet événement par rapport à la référence de départ, ce qui nécessitait une horloge gardant le temps avec une bonne précision (d'autres méthodes, telle que celle de Galilée, reposant sur l'observation du mouvement des satellites de Jupiter, s'étaient avérées impraticables sur un navire en mouvement). En parallèle à la méthode fondée sur les garde-temps, la mesure des distances lunaires proposée dès le début du par l'astronome Johannes Werner fut mise en pratique et demeura la technique la plus usuelle jusqu'au perfectionnement des chronomètres et la baisse de leur coût. Le savant hollandais Gemma Frisius fut le premier, en 1530, à proposer (sans employer le mot) l'usage d'un chronomètre pour déterminer la longitude.
Un chronomètre précis indiquera l'heure sur laquelle il a été calibré (le temps moyen de Greenwich (GMT), par exemple), même après plusieurs jours de voyage. Connaître l'heure (solaire) de Greenwich permet ainsi aux marins de calculer la différence de longitude entre la position de leur bateau et le méridien de Greenwich, puisque la Terre tourne de 15° de longitude par heure. En pratique, un almanach destiné à la navigation, des tables trigonométriques et un sextant permettaient aux navigateurs d'utiliser le Soleil, la Lune, les planètes du système solaire et de référence.
La création d'un objet permettant de mesurer le temps de façon fiable à bord d'un navire s'avéra difficile. Jusqu'au , les instruments les plus précis connus étaient les horloges à balancier, mais celles-ci étaient inutilisables en mer.
Les premiers chronomètres de marine Christiaan Huygens, après son invention de la pendule à balancier en 1656, tenta de construire en France des instruments n'utilisant pas de pendule Byron Heath, Discovering the Great South Land, (Google books) Arnold Pacey New, The maze of ingenuity: ideas and idealism in the development of technology, ff (sur Google books). En 1675, alors qu'il était pensionné par Louis XIV, il inventa un chronomètre utilisant un balancier et un ressort spiral comme régulateur remplaçant le pendule, ouvrant la voie aux chronomètres de marine et aux montres modernes (de poignet). Colbert lui décerna une patente pour son invention, mais ses horloges restaient trop imprécises pour un usage maritime Michael R. Matthews, Time for science education, Texte sur Google books.
D'autres tentatives furent faites par en Angleterre en 1714, et par Henry Sully en France en 1716, lequel publia ses travaux en 1726 sous le titre de Une Horloge inventée et exécutée par Sulli (sic), mais ces machines s'avérèrent incapables de résister aux mouvements de la mer pour garder l'heureDe cette fonction vient le nom de « garde-temps » souvent donné aux horloges à cette époque. avec assez de précision en toutes circonstances..
John Harrison, un artisan ébéniste du Yorkshire, soumit alors un projet en 1730, et construisit en 1735 une horloge basée sur un couple de poids oscillant en sens inverses et reliés par des ressorts, dont le fonctionnement n'était influencé ni par la pesanteur, ni par les mouvements d'un navire. Ses deux premiers prototypes, H1 et H2 (achevé en 1741) utilisaient ce système, mais il se rendit compte qu'ils présentaient une sensibilité rédhibitoire aux forces centrifuges. La construction de sa troisième machine en 1759, baptisée le H3, incluait de nouvelles balances circulaires et l'invention du bilame et de roulements à billes, inventions toujours largement utilisées. Les balances circulaires du H3 devaient s'avérer trop imprécises, et Harrison décida de renoncer à de trop grandes machines.
Harrison résolut ces problèmes de précision avec l'invention du chronomètre H4, bien plus petit que les précédents. Le H4 ressemblait beaucoup à une grande montre de poche, d'un diamètre de . Il le soumit en 1761, obtenantEn réalité, cette récompense lui fut attribuée en 1773 sous la pression du roi George III. On trouvera plus de détails sur les vicissitudes de cette reconnaissance à l'article qui lui est consacré. le prix de qui avait été offert par le gouvernement britannique en 1714. Il utilisait un balancier rapide contrôlé par un ressort spiral avec compensation de température (ce système resta celui utilisé en général jusqu'à ce que l'apparition d'oscillateurs électroniques stables permette la fabrication de montres portables très précises à un coût abordable). Harrison fit publier son travail en 1767 dans un livre intitulé Principles of Harrison's time-keeper.
Le chronomètre moderne vignette|gauche|Chronomètre de marine de Pierre Le Roy, 1766. vignette|gauche|Le chronomètre H5 de Harrison, 1772. vignette|Chronomètre de Ferdinand Berthoud, 1782|droite
À peu près en même temps, en France, Pierre Le Roy inventa en 1748 l'échappement à détente caractéristique des chronomètres modernes Britten's Watch & Clock Makers' Handbook Dictionary & Guide Fifteenth Edition, Texte sur Google books. En 1766, Le Roy créa un chronomètre comportant un échappement à détente, un balancier à compensation de température et un ressort isochrone : Harrison avait montré la possibilité d'un chronomètre fiable en mer, mais les innovations de Le Roy furent considérées comme fondamentales pour les chronomètres modernes Samuel L. Macey, Encyclopedia of time, (sur Google books), rendant ces appareils beaucoup plus précis que ce qui avait été anticipé Abbott Payson Usher, A history of mechanical inventions, (sur Google books).
Ferdinand Berthoud en France, ainsi que Thomas Mudge en Angleterre, réussirent également à construire des garde-temps fiables en mer Britten's Watch & Clock Makers' Handbook Dictionary & Guide Fifteenth Edition, (sur Google books). Aucun n'était simple, mais ils montraient que la solution de Harrison n'était pas la seule concevable. Cependant, les plus grandes avancées vers des solutions pratiques vinrent de Thomas Earnshaw et John Arnold qui, en 1780, développèrent et brevetèrent des échappements « à ressort ». Pierre Le Roy avait déjà eu essentiellement les mêmes idées vers 1748, mais avait abandonné ce concept Samuel L. Macey, Encyclopedia of time, (sur Google books), et améliorèrent le dessin et la fabrication des ressorts spiral. Cette combinaison d'innovations allait être à la base des chronomètres modernes, jusqu'à l'apparition des appareils électroniques.
La nouvelle technologie était si coûteuse que peu de navires en étaient équipés, comme le montra le dramatique ultime voyage du . Cependant, vers 1825, la Royal Navy avait commencé à munir systématiquement ses vaisseaux de chronomètres : « Chronometers were not regularly supplied to the Royal Navy till about 1825 ».
Il était fréquent à cette époque que les marins aillent observer une boule horaire, telle que celle de Greenwich, pour régler leurs chronomètres avant d'entreprendre un long voyage. Chaque jour, des navires jetaient brièvement l'ancre dans la Tamise à Greenwich, en attendant que la boule de l'observatoire tombe à exactement. Cette pratique amena par la suite à l'adoption du temps moyen de Greenwich (GMT) comme standard international (les boules horaires perdirent leur utilité vers 1920 avec l'apparition des signaux horaires radiodiffusés, par exemple par WWV, eux-mêmes désormais largement remplacés par le temps GPS). Outre ces réglages avant le départ, les chronomètres de marine étaient également régulièrement contrôlés en mer par des observations de la lune ou du Soleil.
Bien que les méthodes de production industrielle aient commencé à révolutionner l'horlogerie au milieu du (par exemple les usines d'Onésime Dumas et Delépine Barrois à Saint-Nicolas-d'Aliermont), la fabrication de chronomètres demeura longtemps une activité artisanale. Vers 1900, des constructeurs suisses tels que Ulysse Nardin firent de grands progrès dans l'utilisation de méthodes de production modernes et de pièces interchangeables, mais ce fut seulement au début de la Seconde Guerre mondiale que la Hamilton Watch Company perfectionna les techniques de production en série, ce qui permit de construire des milliers de chronomètres Hamilton modèle 21 pour l’US Navy et les autres navires alliés. En dépit du succès de Hamilton, les chronomètres de fabrication artisanale ne disparurent jamais complètement du marché ; ainsi, en Angleterre, Mercer de St. Albans continua à en produire jusque vers 1970.
Sans la précision des chronomètres de marine, et la précision de navigation qu'ils apportèrent, il est vraisemblable que la prédominance de la Royal Navy, et, par voie de conséquence, celle de l'Empire britannique, n'aurait pas eu lieu : durant la période de formation de l'Empire, les navires britanniques disposaient, grâce au chronomètre, d'une navigation bien plus fiable que celle de leurs adversaires portugais, hollandais et français Alfred T. Mahan, The Influence of Sea Power on History.. Ainsi, les Français, qui étaient bien établis en Inde avant le début de la colonisation et du commerce britannique, en furent chassés à la suite de leurs défaites navales lors de la guerre de Sept Ans.
La collection internationale de chronomètres de marine la plus complète, incluant les modèles de Harrison H1 à H4, se trouve au Musée national de la Marine à Greenwich..
Chronomètre de bord ou deck watch