Brevet FR2509076A1 — publié le 19830107

Depuis quelques années, les milieux professionnels de la lutherie s'interrogent sur la rareté, la qualité et les prix des bois entrant dans la constitution des instruments de musique à cordes. En ce qui concerne les archets nécessitant des bois durs à haute performance mécanique, tel que le PERNAMBOUC, importé du Brésil, les problèmes d'approvisionnement se Dosent de la même manière. L' accroissement prodigieux, durant ces dernières décades, de la consommation pour la construction et le mobilier nécessitent des abattages s'operant de plus en plus vers le coeur de la foret plus chaud et plu humide. I1 en résulte des essences d'arbres ayant des structures fibreuses de plus en plus relachée, ce qui confère aux objets des caractéristiques mécaniques amoindries. Par ailleurs, les expcrtateurs face à cette situation, conscients des perspectives de pénuries (les cycles de régénération de ces essences d'arbres se comptent en siècles, tendnt à hausser leurs prix et-instituent des règlementations d'approvisionnement de plus en plus rigides, notamment vis à vis de la liberté du choix des lots. Cette situation incite donc, pour protéger cette branche artistique, à rechercher des solutions de remplacement satisfaisantes. Ainsi, les nouveaux matériaux composites à haute performance mécanique (haut module d'élasticité et haute résistance pour une faible densité) tel que les fibres de carbone récemment commercialisées sont les seules à pouvoir apporter une solution comme nous avons pu le vérifier par la réalisation de pro totypes suivant le procédé décrit ci-après. Ce procédé, que nous nous proposons de développer, relève de la technique du moulage par moule en demi-coquilles symétriques par rapport au plan de symétrie d'une baguette modele traditionnelle (planche 1/5) et de celle du "drapage" ou de la"stratification" des matériaux filamentaires unidirectionnels enrobés de résine polymérisant à la température ambiante. Il consiste, plus précisément (planche 2/5), à disposer longitudinalement des faisceaux (1) de mèches de fibres de carbone,préala@lement imprégnés d'une résine pigmentée, dans les deux demi-empreintes des moules. Ces moules demi-coquilles sont munis de 2 piona de centrage assurant la parfaite position des deux éléments au moment de leur assemblage par collage ou surmoulage. ns sont de plus munis des "noyaux" assurant la reproduction de toua les évidements fonctionnels de la baguette d'archet conventionnelle (plan ches 1/5 et 2/5) à savoir - la mortaise de la pointe (planche 2/5 - 2) - la mortaise (5) pour le logement du système vis-écrou de mise sous tension des crins - l'alésage (4) pour le passage de la vis du bouton de commande - la portée avant de cette vis (5) Ces moules peuvent être soit métalliques avec gravure de l'empreinte ou réalisés beaucoup plus économiquement à l'aide d'un châssis en bois rempli d'une résine silicone qui assurera le surmoulage direct de la baguette modèle. Le nombre et les différentes longueurs des aches de carbone constituant les faisceaux (Planche 2/5 - 1) dont dépendent en définitive les propriétés mécaniques de la baguette sont définis par le calcul qui tient compte des caractéristiques de la fibre (densité, section, module d'élasticité), de celle de la résine (densité, module d'élasticité) et de la rigidité Ge 'on souhaite conférer à la baguette. L'expression mathématique donnant le nombre N de miches en fonction de la section D (variable le long de la baguette) est par une zemi-empreinte où EF est le module de la fibre de carbone E R celui de la résine E B celui du bois que l'on se propose de emplacer D le diamètre de la baguette en un point considéré de la longueur de cette dernière SC la section de la mèche de fibre de carbone Le système de résine destiné à l'enrobage des fibres de carbone a été choisi en fonction des critères suivants - bonne compatibilité avec la fibre de carbone, notamment du point de vue de la mouillabilité - condition de mise en oeuvre (polymérisation à température ambiante pour éviter les déformations après cuisson) - bonne résilience (résistance au choc) - aptitude à la pigmentation Le système retenu est du type "résine époxyde assouplie polymérisant à "froid" qui lui confère les propriétés attendues, c'est-à-dire - un module d'élasticité de 2000 YPa et - un allongement à rupture de 8 à tO % Une baguette d'archet de violoncelle a été réalisée suivant le présent procédé à titre de démonstration. Sa définition a été établie à partir des caractéristiques de poids et d'élasticité d'une baguette traditionnelle en bois de PERNAMBOUC. Le diagramme de la planche 3/5 permet de juger du résultat obtenu. La préparation des faisceaux de mèches s'effectue sur un plan de travail adapté illustré par la planche 4/5. Ce dispositif permet de regrouper les opérations de débit d'induction des mèches t de constitution des faisceaux à leur longueur souhaitée. Après dépit d'un agent séparateur (démoulage) dans les empreintes des moules, on coule une certaine quantité de la résine préalablement mixée et pigmentée de manière à constituer la "peau" externe des pièces. Le drapage des faisceaux dans les moules s'effectue suivant la configuration schématisée par la planche 2/5 en commençant par le faisceau principal se prolongeant en s'épanouissant dans la pointe (6). Quelques mèches de renfort (7) de la mortaise (2) sont disposées perpendiculairement aux trajectoires du faisceau principal. Aprés la depose des autres faisceaux, on insère et cale dans l'axe des deux demi-éléments un noyau central profilé (planche 2/5 - 8) réalisé dans un matériau de faible densité (balsa ou polystyrène expansé). Après observation du temps nécessaire à la polymérisation à température ambiante, on procédé au démoulage, à la mise à la cote d'épaisseur des deux éléments de la baguette, puis à leur assemblage provisoire par adhésif double face pour permettre les contrôles de masse et de position du centre de gravité. Bien qu'il n'existe pas encore de spécifications relatives à la position du centre de gravité des baguettes d'archet, il serait possible, à ce stade du procédé, d'effectuer des corrections soit à la pointe par détourage ou lestage, soit par lestage dans le prolongement de la portée avant de la vis du bouton (planche 2/5 - 5). L'assemblage définitif des deux éléments de la baguette est ensuite assuré par collage sous pression, a température ambiante, à l'aide du mSme système de résine décrit ci-dessus, ce qui assurera ainsi la parfaite homogénéité mécanique de l'ensemble. Le correct maintien dans leur position relativo des deux éléments pendant le durcissement de la colle est obtenu par leur mise en place dans leurs emprein- tes respectives et munis de leurs noyau. Après fermeture du moule, on exerce une pression mécanique de manière à chasser l'excédent de colle. Les dernières opérations de finition avant le montage classique de l'archet consistent à ébavurer l'excédent de colle, poncer et polir la baguette. Le contrale de la caractéristique d'élasticité de la baguette s'effectue par l'essai de nexion du type à une extrémité encastrée avoir le schéma accompagnant le diagramme de la planche 3/5. Cet essai simple peut être aisémentréalisé à l'aide de l'appareil dont le principe est illustré par la planche 5/5. I1 comprend un bàti (1) supportant un système de serrage (2) de l'extrémité cdté hausse de la baguette assurant, ainsi, l'encastrement désiré. Ce système de serrage est réglable en position dans le plan vertical du bAti et latéral de l'étau (2) pour tenir compte des diverses formes et dimensions suivant les types de baguettes. Au droit de la pointe de l'archet, le bâti supporte le système d'application de l'effort constitué par r - une vis (3) se vissant dans l'étrier (4) lié au btti et agissant sur la pièpe (5) assure la compression du ressort étalonné (6). La pièce (4) eat porteuse des deux indexes (7) et (8) permettant la lecture d'une part des déplacements do la pointe de l'archet sur la réglette graduée (9) fixée au bUti et, d'autre F part des efforts appliqués lus sur la réglette (10). Les avantages-découlant de l'emploi du présent procédé de réalisation de baguettes d'archets en matériau composite, par rapport à l'état actuel de la technique, sont nombreux. En effet, en plus du fait qu'il constitue un palliatif satisfaisant aux carences éventuelles des matériaux naturels, ce procédé en train les avantages suivants Une mise en oeuvre simple, industrielle, ne nécessitant que peu de façonnage à l'outil, comparativement à celle des baguettes traditionnelles en bois exigeant une habileté manuelle exceptionnelle ou même vis-à-vis d'autres pro cédés (*) par enroulement circonférentiel de fibres nécessitant alors des machines spéciales à bobiner. - Ajustage précis et continu des propriétés mécaniques de rigidité et de la masse de la baguette permettant ainsi une optimisation rapide de la défini tion d'un archet en fonction des désidératas personnels de l'artiste. Respect de la forme générale actuelle propre à chaque type d'instrument, cette forme résultant d'une longue évolution à travers plusieurs siècles. - Une plus grande résistance mécanique globale pour une masse équivalente aux archets traditionnels, gracie à la disposition longitudinale des faisceaux fi breux parallèlement à la fibre neutre de la baguette, comparativement à d'au tres dispositions, ou, dans le cas des baguettes en bois dont la texture est correctement orientée,-mais aléatoirement interromoue par l'outil da coupe. - Cet aspect est encore plus intéressant dans la zone critique de la pointe où, grâce à la prolongation des trajectoires des mèches du faisceau principal du tût de la baguette et à leur répartition dans toute l'étendue de la pointe (planche 2/5 - 6), on obtient ici une solidité nettement supérieure aux ba guettes de bois. (Xs Brevet d'invention N01515007 G1OD PV N077682 Perfectionnements aux ar chute des instruments de musique. - Une meilleure stabilité dans le temps au vieillissement et aux variations de température et d'hygrométrie de l'atmosphère ambiante. Le carbone ne vieillit pas et son coefficient de dilation thermique est pratiquement négligeable. Le procédé par moulage des baguettes d'archets assure, par ailleurs, l'interchangeabilité avec les accessoires rapportés (Hausse et boutons) qui seraient fabriqués suivant un procédé de moulage. Actuellement, l'in terchangeabilité de ces accessoires est rendu impossible par la confection artisanale. - Enfin, le choix de la disposition longitudinale des faisceaux de fibres assure, dans une certaine mesure, un aspect esthétique rappelant celui du veinage du bois, puisque l'orientation de 1a texture de ce dernier point cide avec celle des fibres de mèches de carbone du présent procédé. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la confection de baguettes d'archets en matériaux composites caractérisé par les @@apes suivantes s - détermination de la quantité de mèches de fibres pour obtenir le module d'élasticité souhaité selon l'expression mathématique ci-aprea donnant le nombre N de mèches en fonction du diamètre D de la baguette au point courant pour une demie empreinte du moule soit EB étant le module d'élasticité souhaiéé 4 celui de la fibre celui de la résine @C la la section de la mèche de fibres - réalisation des faisceaux de sèches constituant l'armature de la baguette à l'aide d'un dispositif qui assure le débit des différentes longueurs des sèches et leur imprégnation (planche 4/5) - dépôt d'un agent séparatstr à la surface des empreintes des ioules - coulée dans les ioules d'une partie de la résine préalablement pré- parée et pigmentée - disposition longitudinale des faisceaux de mèches dans les emprein- tes des moules (parallèlement 9 leur plan de symétrie) - épanouissement des mèches du faisceau principal dans la zone de la pointe (planche 2/5 - 6) - apport du reliquat de résine - après polymérisation : surfaçage et ébavurage des deux éléments symétriques de la baguette ainsi obtenge - assemblage provisoire de ces deux éléments pour effectuer les régla- ges ci-aprèo ajustage de la lasse de la baguette et de la position de son centre de gravité par détourage ou lestage à la pointe ou lestage dans la cavité prévue à cet effet (planche 2/5 - 5) - assemblage définitif des deux éléments constitutifs de la baguette par collage à froid sous pression à l'aide du même système de résine ayant nervi au moulage - opérations de finition t ébavurage de la colle, ponçage fin généra: et polissage 2. Procédé de confection du renforcement de la pointe de la baguette selon la revendication 1 caractérisé par la disposition de fibres de carbone orientées perpendiculairement aux trajectoires des mèches du faisceau principal. 3. Procédé pour la réalisation des évidements fonctionnels selon les revendications 1 ou 2 caractérisé par la sise en place des noyaux planche 2/5 - 2 - 3 - 4 et 5). 4. Procédé d'allègement de la baguette selon les revendication 1@, 2 ou 3 caractérisé par l'insertion du noyau central réalisé dans un matériau du genre balsa ou polystyrène expansé (planche 2/5 - 8)- 5. Procédé de contrôle de la conformité des caractéristiques physico mécaniques de la baguette d'archet obtenue par l'application du procédé selon l'une des revendications précédentes qui se décompose comme suit : . contrôle de la masse . contrôle de la position du centre do gravit . contrôle de l'élasticité 6.Réglage de la position du centre de gravité do la baguette d'archet selon la revendication 5 caractérisé par le fait qu'il est effectué par les- tage d'une cavité située dans le prolongement de la portée de la vis de régla de la tension des- crins de l'archet (planche 2/5 - 5) et/ou par allègement or lestage de la pointe de la baguette. 7. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 5 et permettant de mesurer l'élasticité de la baguette d'archet (planche 5/5) en soumettant la pièce à une épreuve de flexion du type simple encastrement et qui se caractérise par les éléments suivants . un système de serrage (2) assurant l'encastrement . un système d'application de l'effort (3, 4, 5s 6, 7 et 8) . une réglette de lecture de l'effort (la) , une réglette de lecture de la flèche (9) 8. Baguette d'archet obtenue par l'application du procédé selon l'une res revendications 1 à 6 et caractérisée par les 2 matériaux suivante - de la fibre de carbone haute performance assurant la structure résistante - un système de résine appay assouplie "basse température" (polymérisant à la température ambiante) assurant le rôle de liant vis à vis dos fibres.