Brevet FR2701420A1 — publié le 19940819

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un matériau destiné à constituer une ébauche d'un instrument de musique et notamment d'un instrument à vent, tel que, par exemple, une clarinette ou un hautbois. Elle concerne également des instruments de musique ainsi que des matériaux aptes à constituer une ébauche de ces derniers. De façon traditionnelle, la facture instrumentale fait appel, pour réaliser les instruments à vent de qualité, à des bois constitués d'essences rares tels que le palissandre ou plus particulièrement l'ébène. Ces bois sont choisis en raison d'une part de leurs qualités acoustiques mais également en raison de leur solidité et de leur dureté qui les rendent aptes à subir les usinages mécaniques nécessités par le fait qu'ils ont à supporter les différents mécanistes de commande de l'instrument. A l'heure actuelle, les facteurs d'instruments à vent ont de plus en plus de difficultés à se procurer des bois de grande qualité, ceci d'une part en raison de l'appauvrissement des ressources naturelles et, d'autre part, en raison des dispositions législatives diverses visant à réglementer la distribution des bois d'essences rares. On a donc essayé de créer des matériaux de substitution qui soient exploitables sur le plan industriel et qui présentent les memes qualités que les matériaux traditionnels sur le plan de l'acoustique, des caractéristiques mécaniques et de l'aspect extérieur, tant tactile que visuel. On a ainsi proposé de réaliser des instruments à vent dans des matériaux tels que les résines de synthèse. Ce choix permettait de disposer de matériaux dont on contrôlait parfaitement les diverses caractéristiques mécaniques telles q a densité, la dureté et la résilience. De ce fait on se proposait d'améliorer ainsi, du même coup, à la fois le caractère de reproductibilité du matériau utilisé et son prix de revient. Malheureusement, en raison des faibles qualités acoustiques des instrument à vent ainsi obtenus, ceux-ci ont été réservés à des utilisations mineures, si bien que les instruments de haute qualité sont toujours actuellement fabriqués dans des matériaux traditionnels. On sait également que, dans la facture traditionnelle, et malgré le coût et les difficultés d'approvisionnement des bois d'essences rares, seuls environ vingt pour cent du matériau de base constituant l'ébauche sont utilisés, les quatre-vingt pour cent restant étant éliminés sous forme de copeaux ou de déchets divers. Par ailleurs, si les instruments à vent traditionnels possèdent une excellente résistance aux contraintes longitudinales, il n en est malheureusement pas de même en ce qui concerne les contraintes transversales et ces mêmes instruments sont alors d'une extrême fragilité. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un procédé permettant de réaliser un matériau à partir duquel on peut fabriquer, de façon totalement traditionnelle, des instruments de musique et notamment des instruments à vent, qui possèdent des qualités acoustiques tout à fait comparables à celles des instruments traditionnels de très haut de gamme, ce procédé utilisant, en tant que matériau de base, ce qui constitue habituellement les déchets d'usinage des instruments traditionnels. Ce procédé se propose de plus d'améliorer, de façon particulièrement notable, la résistance aux contraintes mécaniques transversales subies par l'instrument. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de fabrication d'un matériau destiné à la réalisation d'un instrument de musique, et notamment d'un instrument à vent, caractérisé en ce qu' il comporte les étapes consistant à: - réaliser une poudre constituée d'au moins un type de bois, - incorporer à cette poudre de bois des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes, ces fibres étant choisies de façon telle, qu'en jouant sur leur nature et leur quantité, on ajuste le module d'élasticité du matériau à la valeur souhaitée pour l'instrument, - disposer le mélange de poudre de bois et de fibres ainsi obtenu dans un moule où on le chauffe à une température suffisante pour fondre les résines naturelles contenues dans le bois, tout en le maintenant sous une pression comprise entre 50.105 Pa et 500.105 Pa, fonction de la densité que l'on souhaite obtenir pour l'instrument, - refroidir le mélange en maintenant ladite pression, au moins pendant le début du refroidissement. Le procédé suivant l'invention procure des économies substantielles puisqu'il permet d'utiliser, en tant que matériau de base, d'une part, les copeaux et autres résidus provenant de l'usinage traditionnel des instruments à vent et, d'autre part, des blocs de bois précieux de qualité mais dont les caractéristiques, et notamment les caractéristiques dimensionnelles, sont insuffisantes pour constituer telle ou telle partie d'un instrument. Le procédé suivant l'invention permet également de réaliser un matériau de base d'un instrument de musique qui est parfaitement isotrope, ainsi que le montre l'égalité des modules d'élasticité transversal et longitudinal obtenus, cette valeur du module d'élasticité pouvant être ajustée à une valeur souhaitée, en jouant sur la nature et la quantité de fibres discontinues mélangées à la poudre de bois. Le procédé permet également d'ajuster la densité dudit matériau en jouant sur le niveau de la compression appliquée au mélange au cours de l'étape de chauffage. Dans un mode de mise en oeuvre -rticulièrement intéressant de l'invention on réalise tout d'abord une préébauche, ou "âme", exempte de fibres, que l'on enrobe ensuite d'un matériau pourvu de fibres, ou "peau". Suivant ce mode de mise en oeuvre de l'invention on constitue ainsi une "âme", en réalisant les étapes consistant à - réaliser une poudre constituée d'au moins un type de bois, - disposer celle-ci dans un moule où on la chauffe à une température suffisante pour fondre les résines naturelles contenues dans le bois, tout en la maintenant sous une pression comprise entre 50.105 Pa et 500.105 Pa, fonction de la densité que l'on souhaite obtenir pour l'âme, - refroidir l'âme, tout en maintenant ladite pression, au moins pendant le début du refroidissement, - démouler l'âme, la placer dans un moule et disposer autour d'elle le susdit mélange, de façon à constituer une peau - chauffer l'ensemble constitué de l'âme et de la peau à une température suffisante pour fondre les résines naturelles contenues dans le bois pulvérulent, tout en le maintenant sous une pression comprise entre 50.105 Pa et 500.105 Pa, fonction de la densité que l'on souhaite obtenir, - refroidir l'ensemble tout en maintenant ladite pression au moins pendant le début du refroidissement. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, lorsque l'instrument comporte une partie centrale évidée, on constitue, au cours de l'étape de moulage de l'âme, une réserve au centre de celle-ci, correspondant sensiblement à la partie centrale évidée de l'instrument. Une telle disposition permet de supprimer l'opération de perçage axial de ce dernier qui est habituellement délicate et onéreuse à réaliser. L'évidement central pourra être réalisé en utilisant un moule pourvu d'un noyau central mobile rétractable. Bien que cet évidement soit formé, de préférence, à une cote inférieure à sa valeur définitive sur l'instrument terminé, de façon à pouvoir accorder celui-ci au timbre désiré au moyen d'alésoirs, comme il est pratiqué selon les techniques traditionnelles, il peut également être formé directement à sa cote définitive. La présente invention permet donc de constituer des ébauches qui sont, d'une part, facilement usinables à l'alésoir, en raison de la faible dureté relative de l'âme, et qui, d'autre part, sont particulièrement résistantes aux contraintes et notamment aux contraintes de torsion et flexion auxquelles sont habituellement soumis les instruments à vent. On remarquera également que la réalisation de l'âme par moulage permet d'obtenir un évidement central parfaitement centré qui assure un guidage efficace des alésoirs. Par ailleurs , on sait que ces derniers sont habituellement réalisés dans des aciers doux, si bien qu'ils ne peuvent être utilisés pour usiner des matériaux d'une grande dureté. La présente invention permet de réaliser des instruments à vent aptes à être réglés au moyen d' alésoirs colìventionnels en acier doux et qui, néanmoins, possédent des qualités de résistance au moins égales à celles des instruments traditionnels. La présente invention a également pour objet un matériau de base destiné à constituer un instrument de musique, et notamment un instrument à vent, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange d'une poudre, à l'état comprimé, d'au moins un type de bois avec des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention le matériau de base destiné, après usinage, à constituer au moins une partie d'un instrument de musique et notamment d'un instrument à vent, est caractérisé en ce qu'il est constitué - d'une partie centrale, ou "âme", constituée d'une poudre comprimée, d'au moins un type de bois, et - d'une partie externe, ou "peau", entourant l'âme, constituée d'un mélange, à l'état comprimé, d'une poudre d'au moins un type de bois avec des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes, le module d'élasticité de la peau étant supérieur à celui de l'âme. La présente invention a également pour objet un instrument de musique, et notamment un instrument à vent, réalisé dans le matériau de base précédemment mentionné. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue schématique, en coupe verticale, de l'étape de moulage d'une âme d'une ébauche d'un corps d'un instrument à vent réalisée suivant l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe verticale de l'étape de moulage de la peau autour de l'âme formée au cours de l'étape de moulage représentée sur la figure 1. La figure 3 est une vue schématique en coupe d'une ébauche d'un corps d'un instrument à vent réalisée suivant l'invention. On décrira tout d'abord un premier mode de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, appliqué à la fabrication d'une ébauche d'un corps de clarinette en ébène. La matière de base de ce corps de clarinette est constituée de deux kilogrammes de déchets d'ébène, provenant par exemple des copeaux restant après la fabrication conventionnelle d'instruments à vent. Ces déchets sont étuvés, dans des conditions d'hygrométrie contrôlées inférieures à 5%, puis sont soumis à un tamisage, (tamis de 5/10) afin d'en éliminer les impuretés. Les déchets sont ensuite broyés de façon à être réduits à l'état de "farine. On mélange ensuite au bois pulvérulent 50 grammes de fibres de carbone desquelles on a éventuellement ôté précédemment les impuretés qu'elles pouvaient contenir, en les nettoyant par incinération, en les chauffant à une température élevée, de l'ordre de 500 C. Les fibres c carbone sont ensuite broyées et calibrées d une longueur comprise entre environ 2 mm et 10 mm et, plus précisément dans le présent exemple, à une longueur de 3 mm, de façon qu'elles puissent être mélangées uniformément avec la poudre de bois. Pour réaliser une bonne homogénéité du mélange poudre/fibres on réalise, préalablement au mélange, la séparation de ces fibres en leur ajoutant un produit visqueux, dit produit "déliant". La demanderesse a utilisé avec succès deux types de produits déliants. - Un premier type de produit déliant est constitué par des produits qui, après avoir assuré leur fonction de déliant, sont éliminés au moins en partie, par exemple par évaporation. Le demandeur a ainsi obtenu de bons résultats en utilisant, en tant que produit déliant, de la colle à papier peint à base de carbométhylcellulose, dont l'eau qu'elle contient a été éliminée par évaporation, une fois que le mélange des fibres et de la poudre de bois a été effectué. Un second type de produit déliant est constitué par des produits qui, au contraire, restent à l'intérieur du mélange, mais sous une forme qui ne porte pas atteinte aux qualités mécaniques de l'ébauche définitive, après avoir assuré leur fonction de déliant. Le demandeur a ainsi utilisé des résines qui, après leur action de déliant des fibres, sont durcies, si bien que leur présence ne porte pas atteinte aux caractéristiques du produit définitif. Dans le présent mode de mise en oeuvre on a choisi d'utiliser un produit déliant, constitué de colle à papier peint et, après mélange avec la poudre d'ébène dans un mélangeur, par exemple du type pétrin, on a procédé à l'étuvage du mélange pour éliminer l'eau contenue dans le produit déliant. On dispose ensuite le mélange dans un moule où on le soumet à une pression de 200.105 Pa pendant quinze minutes à une température de 1500C, suffisante pour produire la fusion des résines naturelles contenues dans la poudre d'ébène et permettre une bonne diffusion de ces résines dans le mélange. Après avoir laissé l'ensemble se refroidir jusqu a une température d'environ 900C, en le maintenant sous pression au cours de ce refroidissement, on procède au démoulage et l'on obtient l'ébauche du corps de clarinette. On a représenté dans le tableau ci-dessous quelques paramètres mécaniques de l'ébauche du corps de clarinette obtenu et d'un échantillon d'ébène du type utilisé dans la facture instrumentale conventionnelle. Densité Dureté Module | Module moyenne (Brinell) d'élasticité d'élasticité longitudinal transversal Ebène naturel 1,2 22,6 1.400 daN/mm2 700 daN/mm2 2 Matériau 1,2 35,6 900 daN/mm2 900 daN/mm2 suivant Ces résultats montrent que l'invention permet d'améliorer le caractère isotrope du matériau constituant l'instrument.En effet on constate sur le tableau que le module d'élasticité longitudinal du matériau suivant l'invention est nettement inférieur à celui de l'ébène naturel, ce qui n'est pas gênant dans la mesure où, d'une part, on peut l'augmenter jusqu'à la valeur de celui-ci (en jouant sur la nature des fibres et sur leur quantité) et ou, d'autre part, la valeur obtenue est tout à fait suffisante, puisque les contraintes subies par l'instrument ne sont pas des contraintes longitudinales mais des contraintes transversales. On constate également que l'invention permet d'améliorer, de façon notable, le module d'élasticité transversal du matériau, conférant ainsi à l'instrument une résistance que ne possédaient pas ceux de la technique antérieure. Le produit obtenu est ainsi parfaitement apte à constituer, du point de vue mécanique, mais également du point de vue esthétique et tactile, un matériau ou une ébauche, à partir duquel on usinera un corps de clarinette. Bien entendu les autres pièces de la clarinette pourront être obtenues suivant un mode opératoire identique. On pourrait également utiliser d'autres fibres susceptibles de modifier la dureté et/ou le module d'élasticité du matériau constituant l'ébauche, de façon à pouvoir régler le module d'élasticité de celle-ci à une valeur souhaitée, fonction de la nature de l'instrument que l'on souhaite réaliser. Parmi les fibres ayant donné de bons résultats pour accroître le module d'élasticité du matériau obtenu, et outre les fibres de carbone déjà citées, on peut retenir les fibres d'aramides (commercialisées notamment sous la marque déposée "KEVLAR"), les fibres de verre, et les fibres de cellulose. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, on fait appel à un moule pourvu d'un noyau mobile rétractable après le moulage, ce qui permet de former directement, de moulage, l'orifice central du corps de l'instrument. La présente invention présente également l'avantage de permettre de contrôler sans difficultés la densité du matériau de base, et donc celle de l'instrument qui sera taillé dans celui-ci, en jouant sur la granulométrie de la poudre de bois utilisée, et le taux de la compression appliqué. En contrôlant la densité du matériau de base on contrôle également son paramètre d'isotropie, si bien qu'il est ainsi possible d'utiliser, pour fabriquer certains instruments de musique, et notamment des clarinettes, des bois qui, comme par exemple l'iroko ou le cèdre rouge (dit également "red cedar") ne pouvaient jusqu'à présent être utilisés en raison d'une part de leurs densités trop différentes de celle des instruments classiques et, d'autre part, de leur caractère par trop anisotrope. Afin d'améliorer la résistance mécanique, et notamment la résistance à la flexion de l'instrument, le procédé de fabrication du matériau de base ou de l'ébauche est mis en oeuvre en deux étapes, à savoir une première étape au cours de laquelle on fabrique la partie centrale, ou âme, de l'instrument, cette partie centrale étant constituée d'un matériau facile à usiner, et une seconde étape au cours de laquelle on enrobe l'âme d'un revêtement externe, ou peau, dont les qualités mécaniques et notamment la dureté et le module d'élasticité sont supérieurs à celles de l'âme. Comme représenté sur la figure 1, pour constituer l'âme, ou préébauche, de la pièce on dispose dans le creux 2 d'un moule 1, dit moule de préébauche, du bois sous forme pulvérulente, que l'on soumet à des conditions de pression et de température identiques à celles mentionnées précédemment. La forme et les dimensions du creux 2 du moule 1 sont telles que l'on obtient ainsi une âme 3 dont les dimensions externes sont suffisantes pour permettre de réaliser ultérieurement l'alésage central et le réglage de l'instrument. On dispose ensuite l'âme 3 dans un autre moule 5, dit moule d'ébauche, dans lequel elle prend par exemple appui sur des bossages 7 situés à ses extrémités, dt façon que sa périphérie se trouve dégagée. On remplit alors les parties libres du moule 5 avec un mélange de bois sous forme pulvérulente et de fibres de carbone, ce mélange étant préparé ainsi qu'exposé précédemment, puis on porte l'ensemble à une température d'environ 1500C sous une pression d'environ 200.lu5 Pa pendant une durée d'environ 10 à 15 minutes de façon à provoquer la fusion des résines naturelles contenues dans le bois. Au cours de cette "cuisson sous pression" on provoque une interpénétration de l'âme et de la peau, telle que ces deux éléments tendent à se comporter ensuite comme une pièce unique. On refroidit ensuite l'ensemble constitué de l'âme 3 et de la peau 9, tout en maintenant la pression appliquée jusqu'à ce que sa température descende au dessous d'un certain seuil, par exemple 900C, puis l'on procède au démoulage de l'ébauche. Cette dernière comprend donc, comme représenté sur la figure 3, une peau externe 9 possédant des qualités mécaniques et un aspect remarquables et une âme 3 qui après perçage est apte à être "réglée", sans aucune difficulté avec un alésoir traditionnel, et dont les qualités sont telles qu'elles confèrent à l'instrument terminé des qualités acoustiques identiques voire même supérieures à celles des instruments traditionnels. On peut également, ainsi que mentionné précédemment, utiliser, en tant que produit déliant, une résine de type époxy, telle que celle commercialisée par la Société SHELL sous la référence épikote 828. Une fois le mélange effectué on pourra ajouter à celui-ci un produit lui permettant de se fixer. Bien que l'invention soit particulièrement intéressante pour constituer des ébauches dans lesquelles on viendra ensuite tailler, suivant des techniques du type de celles utilisées dans la facture traditionnelle, les diverses pièces d'un instrument, elle permet également d'obtenir directement par moulage ces différentes pièces, ce qui représente un gain important au niveau du prix de revient de l'instrument. Dans le cas où l'instrument est constitué de plusieurs pièces, notamment de pièces tubulaires, qui sont assemblées les unes dans les autres par emboltement, et afin de compenser la fragilité créée par la diminution de matière nécessaire à la réalisation de l'emboîtement, on dispose dans les zônes où ces derniers sont réalisés, une plus grande quantité de fibres courtes ou longues orientées ou non. Cette forme de mise en oeuvre de l'invention permet de pallier un défaut inhérent aux instruments de musique en bois construits suivant les méthodes traditionnelles, à savoir un manque de résistance à la jonction de deux pièces emboîtées. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un matériau destiné à la réalisation d'un instrument de musique et notamment d'un instrument à vent, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à: - réaliser une poudre constituée d'au moins un type de bois, - incorporer à cette poudre de bois des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes, ces fibres étant choisies de façon telle qu'en jouant sur leur nature et leur quantité on ajuste le module d'élasticité du matériau à la valeur souhaitée pour l'instrument, - disposer le mélange de poudre de bois et de fibres ainsi obtenu dans un moule où on le chauffe à une température suffisante pour fondre les résines naturelles contenues dans le bois, tout en le maintenant sous une pression comprise entre 50.105 Pa et 500.105 Pa, fonction de la densité que l'on souhaite obtenir pour l'instrument, - refroidir le mélange, tout en maintenant ladite pression, au moins pendant le début du refroidissement. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'on constitue une préébauche, ou "amie", en réalisant les étapes consistant à - réaliser une poudre constituée d'au moins un type de bois, - disposer celle-ci dans un moule où on la chauffe à une température suffisante pour fondre les résines naturelles contenues dans le bois, tout en la maintenant sous une pression comprise entre 50.105 Pa et 500.105 Pa, fonction de la densité que l'on souhaite obtenir pour l'âme, - refroidir l'âme tout en maintenant ladite pression, au moins pendant le début du refroidissement. - démouler l'âme, la placer dans un moule et disposer autour d'elle le susdit mélange, de façon à constituer une "peau", - chauffer l'ensemble constitué de l'âme et de la peau à une température suffisante pour fondre les résines naturelles contenues dans le bois, tout en le maintenant sous une pression comprise entre 50.105 Pa et 500.105 Pa, fonction de la densité que l'on souhaite obtenir, - refroidir l'ensemble tout en maintenant ladite pression au moins pendant le début du refroidissement. 3.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que, préalablement au mélange des fibres avec le bois pulvérulent, on "délie" les fibres en les mélangeant avec un produit "déliant". 4.- Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que le produit déliant est un produit visqueux et notamment une résine. 5.- Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que l'on élimine, au moins en partie, le produit déliant une fois le mélange des fibres avec le bois pulvérulent réalisé. 6.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel l'instrument comporte une partie centrale évidée, caractérisé en ce que l'on constitue, au cours de l'étape de moulage, une réserve au centre de l'ébauche ou de l'âme, de façon à former, de moulage, sur l'instrument, ladite partie centrale évidée. 7.-Ebauche destinée à constituer un instrument de musique et notamment un instrument à vent, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'un mélange d'une poudre à l'état comprimé d'au moins un bois avec des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes. 8.- Ebauche suivant la revendication 7 caractérisée en ce qu elle comporte: - une partie centrale, ou "âme" (3), constituée d'une poudre d'au moins un bois à l'état comprimé, - une partie externe, ou "peau" (9), entourant l'âme (3), constituée d'un mélange d'une poudre d'au moins un type de bois, à l'état comprimé, avec des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes, le module d'élasticité de la peau (9) étant supérieur à celui de l'âme (3). 9.- Instrument de musique, et notamment instrument à vent, caractérisé en ce qu'au moins l'une de ses pièces est constituée d'un mélange, à l'état comprimé, d'une poudre d'au moins un type de bois avec des fibres discontinues. 10.- Instrument suivant la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comporte - une partie centrale, ou "âme" (3), constituée d'une poudre d'au moins un type de bois à l'état comprimé, - une partie externe, ou "peau" (9), entourant l'âme (3), constituée d'un mélange à l'état comprimé d'une poudre d'au moins un type de bois avec des fibres discontinues, et notamment des fibres courtes, le module d'élasticité de la peau (9) étant supérieur à celui de l'âme (3). 11.- Instrument suivant la revendication 10 caractérisé en ce que le bois constituant la peau (9) est le même que celui constituant l'âme (3). 12.- Instrument suivant l'une des revendications 9 à 11 caractérisé en ce que les fibres sont des fibres de carbone. 13.- Instrument suivant l'une des revendications 9 à 12 caractérisé en ce que les fibres sont des fibres courtes, c'est à dire des fibres dont la longueur est inférieure à cinq centimètres. 14.- Instrument suivant l'une des revendications 9 à 13, constitué de plusieurs pièces, notamment des pièces tubulaires, assemblées les unes dans les autres par emboîtement, caractérisé en ce que les zônes proches desdits emboîtements comportent une plus grande densité de fibres que les autres zônes de l'instrument.