Brevet FR2649525A1 — publié le 19910111

La présente invention concerne un instrument de musique à archet, c'est à dire appartenant à la famille des violons, altos, violoncelles et contrebasses. On a cherché depuis de nombreuses années sans grand succès, à. remplacer le bois utilisé dans ce type d'instruments par un matériau composite à base de nappes de fibres longues. L'intérêt d'un tel matériau compo- site réside dans sa parfaite stabilité dans le temps à l'égard des variations hygrométriques et de températures, ce qui n'est pas le cas du bois. Un autre avantage réside dans la possibilité théorique de disposer d'un matériau à caractéristiques constantes et parfaitement identifiées autorisant une répétabilité dans la fabrication qu'il est impossible d'. obtenir à partir du bois. C'est pourquoi, jusqu'à présent, la facture industrielle de violons en bois n'a jamais donné d'instruments. remarquables et les violons concernés ne sont que des instruments d'étude ou d'entraînement. La facture de violons en matériau composite, c'est à dire dont au moins la table d'harmonie est à base de fibres orientées (carbone ou polyamides aromatiques...) disposées en couches plus ou moins croisées et reliées entre elles par une résine, a toujours été un échec car les sons produits n'ont jamais pu atteindre la richesse des sons d'un instrument classique. La présente invention entend proposer un instrument utilisant comme l'un de ses composants, un maté- riau composite qui ne présente pas les inconvénients des instruments antérieurs. A cet effet, elle a donc pour objet un instru- ment de musique à archet dont au moins la table d'harmonie est constituée par une paroi mince en matériau composite comprenant une superposition d'au moins deux nappes croisées de fibres longues orientées, recouverte sur au moins l'une de ses faces d'un matériau de garniture de densité nettement inférieure à celle des fibres, dans lequel l'arrangement des nappes de fibres est tel que le rapport: module d'élas- ticité longitudinale / module d'élasticité transversale de la paroi est plus élevé le long de l'axe de symétrie lon- gitudinal de la paroi qu'au voisinage des bords latéraux de l'instrument. On s'est en effet rendu compte qu'une paroi vibrante comportant ces caractéristiques permettait la production de sons riches, comparables à ceux produits par de. violons de bonne qualité. Compte tenu des propriétés d'une structure composite à fibre longue, les modules d'élas- ticité dépendent essentiellement de l'orientation des fibres et de leur nombre dans une orientation donnée. Ainsi, en considérant une fraction élémentaire d'une section transversale de la paroi et les projections d'une unité de longueur de chaque fibre qui traverse cette fraction élémentaire de section d'une part sur le plan de la section et d'autre part perpendiculairement à ce plan, le produit du nombre de projections longitudinales par leur longueur rapporté au produit du nombre de projec- tions transversales par leur longueur est plus élevé pour une fraction élémentaire voisine du centre de la section transver- sale que pour une fraction élémentaire voisine de ses bords. En d'autre termes, on peut définir deux variantes de réalisa- tion de l'invention selon que l'on agit sur le nombre de nappes de la paroi, différent au centre et au bord, ou que l'on agit, pour un nombre de nappes identique, sur l'orien- tation de fibres dans chaque nappe. Bien entendu, on peut réaliser un panachage des deux possibilités. Dans le cadre général de cette construction, on peut modifier localement la structure composite pour renforcer telle ou telle partie de la paroi, notamment au niveau de l'âme. Des exemples de réalisation de l'invention seront donnés au cours de la description ci-après afin d'en faire apparaître des avantages et des caractéristiques secondaires. Il sera fait. référence aux dessins annexés dans Lesquels: - La figure 1 représente en vue de face un violon dont au moins la table d'harmonie est conforme à l'invention, - la figure 2 est une vue de côté du vioLon de la figure 1l - la figure 3 est une coupe selon la ligne III-]II de la figure 2 de la table d'harmonie de l'invention; - la figure 4 est une vue agrandie d'une fraction élémentaire de la section de la figure 3, - les figures 5 et 6 sont des schémas illustrant deux structures de base possibles pour une paroi en composite utilisable comme table d'harmonie ou fond. Le violon représenté aux figures 1 et 2 com- prend classiquement une table d'harmonie 1, un fond 2 et des éclisses 3 refermant latéralement la caisse de réson- nance. Un manche 4 est attelé à la boite de résonnance à l'extrémité duquel des cordes 5 sont fixées par des chevilles, ces cordes passant sur un chevalet 6 situé entre les ouies 7 de la table d'harmonie, pour aboutir au cordier 8 de l'instrument. La table d'harmonie I est une paroi voutée mise en forme par moulage d'un matériau composite comprenant une superposition de nappes (A,B,C,D,..) de fibres de carbone préimprégnées dans une résine polymérisable, ces nappes étant croisées sous des angles choisis. De chaque côté de cette superposition, il existe un habillage en placage de bois, Y et Z, qui confère à la table les caractéristiques du point de vue vibratoire (amortissement, diminution de la densité globate de la paroi...). La figure 4 est le dessin d'une fraction élémentaire dS de la section de la table représentée à la figure 3. Cette fraction, élargie démesurément pour les besoins de l'exposé, est traversée par des fibres 10 à 14 (ou faisceaux de fibres),orientées dans une direction déterminée selon la nappe à laquelle elles appartiennent et/ou leur position dans la nappe. Par exempLe, les fibres 10, 12 et 14, appar- tenant à des nappes différentes, sont perpendiculaires à la fraction dS de section donc parallèle à l'axe longitu- dinal 9 de symétrie de l'instrument; Les fibres 11 et 13 appartenant à des nappes interposées entre les nappes précé- dentes sont croisées par rapport aux fibres 10,12,14. Si on prend pour chacune de ces fibres une longueur unitaire U et cJe l'on projette cette longueur unitaire d'une part sur le plan de la section et d'autre part sur un plan perpen- diculaire à cette section, le rapport de la somme linéaire de ces projections dans chacun de ces deux plans est signi- ficatif du rapport des modules d'élasticité transversale et longitudinale. On comprend donc que si, en n'importe quel point de la paroi, chaque fraction dS de section est traversée par le même nombre de fibres orientées identique- ment, le rapport des modules d'élasticité est constant. En revanche, si en s'éloignant de l'axe de symétrie 9, on supprime une nappe de fibres à orientation longitudinale, on diminue la grandeur significative des sommes de projec- tions dans le plan longitudinal de symétrie de l'instrument sans modifier l'autre grandeur dans le plan de la section (les fibres supprimées ayant une projection nulle dans ce plan) si bien qu'on modifie le rapport: module d'élas- ticité longitudinale (qui diminue) / module d'élasticité transversale (qui demeure pratiquement inchangé) dans le sens d'une baisse de ce rapport. De même si, en gardant le même nombre de nappes pour la paroi, on modifie l'orientation des fibres dans chaque nappe dans le sens d'une accentuation de leur "transversalité" lorsque l'on s'éloigne de l'axe de symétrie vers les bords, la somme des projections longitudinales diminue et la somme des projections transversales augmente, donc le rapport susdit des modules d'élasticité diminue. La figure 5 montre une paroi conforme à l'in- vention dans laquelle l'une des nappes A de fibres est latéralement tronquée. La paroi ainsi construite présente sur ces bords un rapport de modules d'élasticité plus faibLè qu'au centre. On peut bien entendu découper la nappe A selon un contour adapté à la forme finale du violon. A la figure 6 on voit qu'au moins l'une des nappes A possède des fibres qui sont orientées aux bords beaucoup plus transversalement qu'au centre o elles sont presque parall.èles à l'axe de symétrie de la paroi. On parvient également par ce moyen, en combinant une ou plu- sieurs nappes de ce type en les croisant avec des couches à fibres rectilignes longitudinales ou en biais, à la cons- truction d'une paroi répondant aux caractéristiques deman- dées. Sur la figure 1 les lignes en traits inter- rompus veulent signifier que la table d'harmonie I comporte parmi ses nappes des nappes du genre de celle A de la figure 6. Elle peut également comporter des nappes du genre A de la figure 5. Ces dispositions montrent que le rapport des modules d'élasticité est maximum au centre de l'instru- ment, le long de son axe de symétrie longitudinal 9. Ce qui est décrit pour la table d'harmonie s'applique également pour le fond de la caisse de résonnance. Enfin, la table d'harmonie et le fond peuvent comprendre des renforcements locaux par adjonction de nappes supplémentaires de surface limitée. Par exemple, on sait qu'il existe dans les violons une âme logée à l'intérieur de la caisse de résonnance légèrement à force entre la table et le fond, a proximité de l'un des pieds du chevalet. Les zones de contact de la table et du fond avec l'âme peuvent étre renforcées par adjonction, avant placage, de ces nappes partielles supplémentaires qui renforcent mécaniquement ces zones o il existe., du fait de l'âme, une concentration de contraintes. Dans ces zones. bien entendu, le rapport des modules d'élasticité peut être supérieur à celui d'une zone au voisinage de l'axe de symétrie de la paroi et donc à fortiori d'une zone voisine des bords de 264952'25 l'instrument, mais La surface concernée est limitée. Ainsi, d'une manière générale, sauf en de tels endroits (on mention- nera également certaines bandes longitudinales partielles de la paroi de fond) Le rapport des modules d'élasticité est décroissant soit continuement, soit par palier du centre vers les bords. REVENDICATIONS 1. Instrument de musique à archet dont au moins la table d'harmonie (1) est constituée par une paroi mince en matériau composite comprenant une superposition d'au moins deux nappes (A,B,C,D..) croisées de fibres Longues orientées, recouverte sur au moins l'une de ses faces d'un matériau de garniture (Y,Z) de densité nettement inférieure à celle des fibres, caractérisé en ce que l'arrangement des narpes de fibres est tel que le rapport: module d'élas- ticité lohgitudinale/module d'élasticité transversale de la paroi est plus éLevé pour une zone de paroi voisine de l'axe longitudinal de symétrie de l'instrument que pour une zone voisine de ses bords. 2. Instrument de musique selon la revendi- cation 1 caractérisé en ce que, en considérant une fraction élémentaire (dS) d'une section transversale de la paroi et les projections d'une unité de longueur (U) de chaque fibre qui traverse cette fraction élémentaire de section, d'une part sur le plan de la section et d'autre part perpen- diculairement à ce plan, le produit du nombre de projections longitudinales par leur longueur rapporté au produit du nombre de pro- jections transversales par leur longueur est plus élevé pour une fraction élémentaire (dS) voisine du centre de la section transversale que pour une fraction élémentaire voisine de ses bords. 3. Instrument de musique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les orientations des fibres traver- sant une fraction (dS) élémentaire de section sont iden- tiques quelle que soit la position de cette fraction, la variation du produit susdit étant obtenue en diminuant, en direction des bords, le nombre des nappes de fibres à direction essentiellement longitudinale. 4. Instrument de musique selon la revendication 2 caractérisé en ce que le nombre de fibres traversant chaque fraction élémentaire (dS) de section est constant quelle que soit la position de cette fraction élémentaire, la variation du rapport susdit étant obtenue par modification de l'inclinaison des fibres dans chaque nappe à partir de leur inclinaison sur l'axe longitudinal de symétrie de la paroi. 5. Instrument de musique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi comprend au moins une zone renforcée par au moins une nappe supplémentaire partielle de fibres. 6. Instrument selon l'une quelconque des revend-cations précédentes, caractérisé en ce que la paroi de for de la caisse de résonnance est constituée de la même manière que la table.