Projet d’étude promotion 2007

Projet d’étude N° 109……………………………Noms des élèves : Cazin Frédéric………………...

Mathieu Jeanne.………………..Huet Clémence………………...Chalendard Thibault…………...Haensler Pierre-Emmanuel……

Tuteurs scientifiques : Galland Marie-Annick…...Roger Michel……………...

Conseiller en communication : Hourcade NicolasConseiller en gestion de projet : Rozinoer Jean…..

Département d’accueil : MFAE…….…………….Date du rapport : 09/06/05………………………..

Rapport intermédiaire

Réalisation d’un orgueà tubes de Rijke

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION_____________________________________________________________________3

PARTIE SCIENTIFIQUE______________________________________________________________4I. PRESENTATION DU PRINCIPE DU TUBE DE RIJKE_____________________________________5

II. LE CAHIER DES CHARGES FONCTIONEL______________________________________________5

III. LES TUBES_________________________________________________________________________7a) Matériau des tubes_____________________________________________________________________________7b) Solution retenue_______________________________________________________________________________8c) Dimensionnement des tubes_____________________________________________________________________9d) Système d’accordage___________________________________________________________________________9

IV. LE CHAUFFAGE___________________________________________________________________10a) Système grille+flamme :_______________________________________________________________________10b) La solution retenue : les fils chauffants____________________________________________________________11

V. LES VENTILATEURS_________________________________________________________________15a) Problématique_______________________________________________________________________________15b) Solutions envisagées__________________________________________________________________________15c) Solution retenue :_____________________________________________________________________________16

VI. L’INTERFACE INSTRUMENT / UTILISATEUR_______________________________________17a) Interface clavier / tubes :_______________________________________________________________________17b) Elaboration de la transmission mécanique_________________________________________________________17c) Conception des premiers clapets_________________________________________________________________20

VII. Dimensionnement du boîtier__________________________________________________________21

VIII. Conclusion_________________________________________________________________________22

ANALYSE DU PROCESSUS DU PROJET________________________________________________23I. L'organisation de l'équipe______________________________________________________________24

a) Formation du groupe :_________________________________________________________________________24b) Répartition des tâches :________________________________________________________________________24c) Analyse critique du travail en équipe :____________________________________________________________25

II. Les méthodes employées________________________________________________________________26a) Démarche suivie :____________________________________________________________________________26b) Communication :_____________________________________________________________________________27c) Utilisation des outils de planification :____________________________________________________________27d) Budget :____________________________________________________________________________________27

III. Conclusion_________________________________________________________________________28

CONCLUSION______________________________________________________________________29

BIBLIOGRAPHIE____________________________________________________________________30

RESUME___________________________________________________________________________31

ANNEXES__________________________________________________________________________32I. Index des illustrations__________________________________________________________________33

II. Justification de la longueur des tubes_____________________________________________________33

III. Photos de l'équipe___________________________________________________________________34

IV. Coût du projet______________________________________________________________________34

V. GANT au plus tôt_____________________________________________________________________35

VI. Organigramme des responsabilités_____________________________________________________36

VII. Organigramme des tâches____________________________________________________________36

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INTRODUCTION

Notre projet consiste en la réalisation d’un orgue à tubes de Rijke, c’est-à-dire l’étude et la fabrication d’un nouvel instrument de musique basé sur le phénomène physique mis en évidence par le physicien Rijke. Notre but est de fabriquer un instrument original au timbre nouveau.

Ce projet a commencé en septembre 2004 et prendra fin en janvier 2006. Il consiste en une phase d’étude théorique du phénomène de Rijke, puis en son application directe à la réalisation de l’instrument. C’est donc un projet de recherche et de développement.

La phase de recherche a consisté en une étude bibliographique et en des observations et mesures sur un tube du centre acoustique. La phase de développement, dans laquelle nous nous trouvons actuellement, consiste en la réalisation d’un prototype qui nous permet d’effectuer de nombreux tests afin de préparer la commande des pièces de l’orgue final.

Nous travaillons en étroite collaboration avec le centre acoustique qui met du matériel et de la main d’œuvre à notre disposition. Cette collaboration, doublée d’une bonne communication, permet un fonctionnement efficace du projet : nous avons notamment pu réaliser le prototype à moindre coût.

Notre objectif est de fabriquer un orgue à l’aide des tubes de Rijke : nous allons réaliser un modèle de démonstration à 12 tubes, ce qui correspond à une gamme chromatique (tons et demi-tons). Ce modèle devra remplir les fonctions suivantes : produire des sons, pouvoir être accordé, être conforme aux normes de sécurité, avoir une portée pédagogique.

Dans ce rapport, nous vous présentons l’état d’avancement de notre projet. Dans la partie scientifique sont détaillés les différents aspects techniques liés à notre orgue : cahier des charges, tubes, chauffage, ventilateurs, interface instrument/utilisateur, clapets, boîtier. Dans la partie analyse du processus du projet sont détaillées l’organisation de l’équipe ainsi que les méthodes employées.

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PARTIE SCIENTIFIQUE

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I. PRESENTATION DU PRINCIPE DU TUBE DE RIJKE

Un tube de Rijke est un tube ouvert aux deux extrémités et comportant une grille métallique qui une fois chauffée, engendre un écoulement vertical par le phénomène de convection : l’air chauffé au niveau de la grille s’élève et le tube aspire de l’air froid par le bas.

Cet écoulement provoque une vibration du tube et fait naître un sifflement dont la fréquence dépend de la longueur du tube.Remarque : la grille doit être placée à un quart du tube.

Illustration 0

Ce principe thermo acoustique peut donc être utilisé pour construire un orgue en minimisant la partie mécanique.Pour cela on disposera plusieurs tubes de Rijke de longueurs différentes côte à côte.

II. LE CAHIER DES CHARGES FONCTIONEL

Afin de définir clairement un objectif à atteindre en Janvier 2006, nous avons élaboré le cahier des charges fonctionnel de notre orgue, au mois de Novembre 2004. Notre groupe a en effet choisi d’attendre quelques semaines avant de le réaliser, afin de prendre connaissance du phénomène, que ce soit en se documentant ou en se familiarisant avec le tube de Rijke qui nous a été prêté par le département MFAE. Nous avons ainsi eu une idée plus précise des ordres de grandeurs des paramètres intervenant dans le processus, des difficultés auxquelles il fallait s’attendre, et de la faisabilité de notre orgue en général, ce qui nous a permis de formuler des objectifs réalistes, mais néanmoins ambitieux.

L’objectif général est simple : nous devons construire, un prototype d’orgue, utilisant le phénomène des tubes de Rijke. Le cadre d’utilisation sera purement expérimental, et pourra s’étendre à un contexte de démonstration : il est la preuve que l’on peut appliquer un phénomène jusque là étudié de manière théorique, et obtenir un instrument de musique hors du commun, chose pour le moins inhabituelle !

Notre orgue devra couvrir une gamme chromatique : il devra donc jouer toutes les notes entre le do (261.63 Hz) et le si (493.88), ce qui représente 12 notes, dont on trouvera les fréquences dans le tableau suivant :

Note Fréquence (Hz)Do 261.63Do # 277.18Ré 293.66Ré # 311.13Mi 329.63Fa 349.23

Note Fréquence (Hz)Fa # 369.99Sol 392Sol # 415.31La 440La # 466.16Si 493.88

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Illustration 1

Les fonctions que notre orgue devra remplir sont les suivantes :

La fonction inhérente à tout instrument de musique : la création de sons.Chaque son entendu doit être provoqué uniquement par l’action volontaire de l’utilisateur, et apparaître dans un court délai après action de l’utilisateur. Le son se devra de correspondre à la fréquence désirée, et d’être d’intensité sonore convenable c’est-à-dire audible à une dizaine de mètres, sans être désagréable pour un utilisateur situé dans son voisinage immédiat.Le lecteur trouvera dans le tableau suivant une traduction chiffrée de chacune de ces conditions : quel paramètre sera révélateur du respect ou non de la fonction, quelle valeur il doit prendre, et éventuellement quelle marge d’erreur est tolérée.

critères niveaux Limites d’acceptation

Fréquences des notes Cf. tableau 2.1.a 0,5 Hz(Voir la fonction suivante)

Intensité sonore au voisinage de l’orgue 30 dB +ou- 10 dB

Temps de réponse 0.5 secondes Impossible de dépasser les 0.5 secondes

Illustration 2

L’orgue doit pouvoir être accordé. Chaque note entendue sera évaluée à l’oreille. Au vu des performances de l’oreille humaine, nous avons estimé la marge d’erreur entre fréquence théorique et fréquence réelle à moins de 0.5 Hz.

Remarque   : Cette fonction aurait pu être inclue dans la fonction précédente. Nous l’avons néanmoins isolée, dans la mesure où elle met en jeu des solutions techniques spécifiques. Les éléments de l’orgue répondant à ces 2 fonctions sont distincts.

Comme tout modèle de démonstration, notre orgue sera transporté. C’est pourquoi son montage et son démontage devront être facile. Une fois démontée, chaque partie de l’orgue devra être de poids raisonnable, permettant ainsi d’être portée à la main. L’aspect pratique du montage est explicité dans le tableau suivant :

critère niveau Limite d’acceptation

Montage/ Démontage Nécessite des outils manuels classiques

Pas de machine nécessairePas de soudure

Illustration 3

Comme on l’a évoqué dans l’introduction, l’apparition d’un son nécessite un chauffage à des températures de l’ordre de quelques centaines de degré. Dans la mesure où notre orgue fera également intervenir des composants électriques (voir IV.b.), il faut nous assurer que l’utilisateur et plus généralement toute personne qui assiste à l’expérimentation de notre orgue soit dans en sécurité. Nous avons donc les conditions suivantes :

critères niveauxTempératures aux endroits accessibles par

une main, en cours d’utilisation Inférieures à 40°c

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Alimentation électrique Installation normée

Illustration 4

Enfin, notre orgue aura aussi une portée pédagogique. Il ne faut pas oublier l’aspect esthétique de notre produit, et aller plus loin en proposant une vision interne de notre orgue, ce qui permet de comprendre le phénomène qui donne naissance à la naissance d’un son. Ces deux exigences sont résumées ainsi :

critères niveauxAllure générale : l’esthétique Pas de bricolage. Travail fini et propre.

Transparence : la portée pédagogiqueAssemblage général visible.

On doit pouvoir comprendre le fonctionnement d’un tube

Illustration 5

Munis de ce cahier des charges nous pouvons ensuite décrire les fonctions de chaque élément de l’orgue, présenter les solutions envisagées pour répondre à ces fonctions, puis la solution finale retenue.

III. LES TUBES Il est nécessaire de fixer de nombreux aspects techniques pour les tubes : matière, section, longueur, épaisseur.

a) Matériau des tubesD’après les différentes études à disposition, deux possibilités se présentent quant à la matière des tubes : le métal ou le verre. Ces deux matériaux permettent d’obtenir des sons satisfaisants, d’intensités similaires et il n’y a pas de différence notable au niveau du timbre. La solution de tubes en PVC ou autre matière polymère est écartée d’office à cause de la chaleur qui devra être dégagée pour produire le son.

Le verre : c’est la solution la plus utilisée dans les études : elle présente en effet de nombreux avantages. L’expérience est en effet rendue plus aisée par un tube transparent, qui permet de visualiser rapidement le comportement de la source de chaleur à l’intérieur du tube. Sur le plan pédagogique, la transparence est aussi un avantage.

Illustration 6

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Ce matériau est d’autre part thermiquement faiblement conducteur, ce qui facilite son maintien et permet de répondre plus facilement aux normes de sécurité que nous nous sommes fixées.Le principal inconvénient du verre est son caractère cassant : une fois le tube commandé, il est quasiment impossible de l’usiner sur place. Cela implique que le tube soit entièrement usiné à la réception, ce qui introduit le problème du coût : une telle solution reviendrait à 30,30 € par tube.

Le métal : cette solution présente l’avantage d’être très bon marché. De plus, un tube en métal peut être usiné sur l’Ecole Centrale, ce qui facilite considérablement les différentes expériences.

Illustration 7

b) Solution retenuePour une réduction des coûts, nous avons opté pour un orgue comportant une majorité de tubes en métal. Cependant, afin de respecter le caractère pédagogique de notre projet, nous inclurons un tube en verre au milieu de la gamme chromatique. Ce tube supplémentaire n’a pas encore été commandé. Il faudra le faire entièrement usiner par le fournisseur.

c) Dimensionnement des tubesOn attend de l’orgue qu’il puisse jouer une gamme chromatique.

Les études bibliographiques effectuées ainsi que des expériences sur des tubes de diamètres et d’épaisseurs différents nous ont permis de conclure que ces deux paramètres n’étaient pas de première importance dans l’obtention du son ainsi que sa fréquence.

Au niveau de l’obtention du son, un tube standard d’environ 5 cm de diamètre et de 2 mm d’épaisseur fourni par les laboratoires de l’Ecole Centrale suffisait largement (pour les tubes en métal). Pour des raisons esthétiques, nous prendrons aussi ces dimensions pour le tube en verre.

La fréquence du son d’un tube ne dépend que de la longueur de celui-ci (voir les calculs en annexe)

Cette dépendance est selon la formule suivante : fn = nC0/(2L) soit L = C0/(2f)Pour une gamme chromatique de 12 sons, on obtient donc les longueurs suivantes :

note Fréquence (Hz) longueur du tube (cm)Do 261.63 34.42

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Do dièse 277.18 36.47Ré 293.66 38.63

Ré dièse 311.13 40.93Mi 329.63 43.36Fa 349.23 45.94

Fa dièse 369.99 48.68Sol 392 51.56

Sol dièse 415.31 54.64La 440 57.85

La dièse 466.16 61.33Si 493.88 64.98

Illustration 8

Pour mener à bien toutes les expériences nécessaires à l’élaboration de l’orgue, nous réalisons tout d’abord un prototype de deux tubes. Il s’agit des notes la et fa.

d) Système d’accordageL’orgue en tant qu’instrument de musique doit satisfaire aux exigences de justesse habituelles. Or, plusieurs phénomènes peuvent altérer cette justesse :

La découpe des tubes : elle ne peut en effet pas être effectuée avec une précision parfaite. De plus, les approximations effectuées dans le modèle conduisent à des petits écarts de fréquence entre la note théoriquement calculée et celle finalement obtenue.

Les contraintes thermiques : ce problème est récurrent sur les orgues traditionnels. En effet, les écarts de température entre l’hiver et l’été entraînent une dilatation ou au contraire une rétractation du matériau du tube et peuvent amener une différence d’accord allant jusqu’à un demi-ton entre ces deux périodes de l’année.

C’est pourquoi il faut inclure à l’orgue un système d’accord.Nous avons opté pour un tube venant s’emboîter dans le tuyau à accorder. En le faisant coulisser, on pourra ainsi augmenter ou diminuer la taille du tuyau, et donc modifier la fréquence du son. L’accord des sons entre eux se fera à l’oreille.

Comme expliqué en introduction, le phénomène étudié par Rijke ne marche qu’à la condition de la présence d’une source de chaleur ponctuelle à l’intérieur du tube, dans une zone située autour du quart de la longueur totale du tube. En effet, c’est le gradient de température situé au voisinage de cette source de chaleur qui, combiné avec le mouvement d’air convectif, donne naissance au couplage thermo-acoustique à l’origine du son. On comprend alors que le fonctionnement d’un tube comporte deux enjeux : avoir un chauffage de qualité, puissant mais aussi ponctuel, et assurer un écoulement d’air interne suffisant. Dans les deux parties suivantes, nous allons décrire toutes les solutions techniques envisagées pour assurer ces deux fonctions, en précisant celles que nous avons retenues, ainsi que la raison de ce choix.

IV. LE CHAUFFAGE En matière de chauffage, deux solutions étaient envisageables :

a) Système grille+flamme :

Il est possible de se contenter du système initial, en chauffant une grille métallique avec une flamme : historiquement, c’est le type de chauffage utilisé pour mettre en évidence le phénomène thermo-acoustique. Nos premiers essais, effectués avec le matériel prêté par le département MFAE, ont été eux aussi effectués avec ce système.

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L’utilisation d’une flamme nécessite la démarche suivante   :

- Il faut chauffer la grille pendant une dizaine de seconde. Pour cela, on utilise un briquet allongé, qui, une fois introduit dans le tube, permet de positionner directement la flamme sur la grille.- Une fois que l’on a suffisamment chauffé, il faut retirer le briquet du tube.- Le temps écoulé entre le moment où l’on arrête de chauffer, c’est-à-dire le moment où l’on veut créer la note, et le moment où l’on entend le son, c’est-à-dire quand le briquet est enlevé et le flux d’air par convection est instauré, est de l’ordre de la seconde.

Certes, nos expériences ont été réalisées à la main, mais il est difficile de réaliser un mécanisme qui permettrait d’effectuer ces opérations à chaque fois que l’on veut jouer la note. De plus, l’expérimentateur déplace la flamme le long de la grille, de manière à avoir un chauffage homogène. De tels mouvements ne pourraient être effectués mécaniquement. Enfin, quand bien même cette solution technique soit réalisable, le temps de réponse de notre orgue serait vraisemblablement supérieur à la demi-seconde imposée par le cahier des charges : ce dernier ne peut donc pas être respecté.

Par ailleurs, il existe une autre contradiction de ce système de chauffage avec le cahier des charges : les conditions de sécurité ne sont pas optimales. La présence d’une flamme, serait dangereuse parce que ses mouvements ne peuvent pas être contrôlés. Il y a un risque que la flamme chauffe le tube, de manière importante. Ajouté à la présence de gaz pour alimenter la flamme, on obtient un ensemble bien dangereux pour un instrument dont le but principal est d’être exposé.Les données recueillies en ce qui concerne le chauffage par flamme sont résumées dans le tableau suivant :

Grandeurs Observations

Temps de chauffage de la grille Environ 10 secondes

Condition nécessaire à l’obtention d’un son Source de mouvement d’air artificiel

Temps d’attente avant d’entendre le son

Il correspond au temps nécessaire à enlever le briquet glissé à l’intérieur du tube.

> 0.5 seccontradiction avec le cahier des charges

Intensité sonore Conforme au cahier des charges

Installation Flamme + gaz = Risques nombreuxcontradiction avec le cahier des charges

Illustration 9

b) La solution retenue : les fils chauffants 

Une autre manière de créer de la chaleur est d’utiliser des résistances électriques. Contrairement au système précédent, nous n’avons pu tester ce moyen de chauffage dès le début de l’année. Nous avons donc du nous en faire une idée simplement en utilisant les caractéristiques de certains fils chauffants vendus par une entreprise spécialisée, ainsi que les écrits de Maria A. Heckel, qui a mis en œuvre une expérience de tube avec fil chauffant. Nous avons imaginé comment le mettre en œuvre, dans le cadre plus précis de notre projet d’orgue. Ayant ainsi estimé avantages et inconvénients des deux méthodes, nous avons sélectionné celle des deux qui respectait le plus le cahier des charges.

Raisons qui nous ont fait préférer le chauffage par fils chauffants   :

1) Les fils étudiés sont capables de chauffer à des températures allant jusqu’à 1100°c. Nous ne pouvons pas déterminer la température d’une grille chauffée par une flamme, faute de moyen techniques, et vu que

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la grille doit refroidir de manière assez rapide. Toutefois, nous savons que cette température est inférieure à 1100°c : seuls peu d’alliages fondent au-dessus de cette limite. De plus la grille n’est pas portée au rouge, donc elle est plus froide que les fils chauffants qui deviennent rapidement rouges, comme on le voit sur cette photographie :

Illustration 10

Ceci nous a permis d’être sûrs, avant même de disposer de fils, de pouvoir se replacer dans les mêmes conditions que lors des expériences initiales utilisant une flamme : même température pour la source de chaleur (en modulant l’alimentation des fils pour atteindre cette température), et même flux d’air (en utilisant les mêmes ventilateurs).

2) Contrairement au chauffage par flamme, une installation électrique offre de meilleures conditions de sécurité. En effet, si on arrive à laisser le fil chauffant à l’intérieur du tube, sans qu’il n’en touche la paroi, le tube reste froid et isolé électriquement du fil. Nous avons effectivement conçu une manière de positionner le fil dans le tube qui permet de se placer dans ces conditions de sécurité.

3) L’utilisation des fils permet un chauffage en continu, ce qui est difficilement envisageable avec une flamme. L’intérêt d’un chauffage en continu sera présenté plus tard. Il permet un meilleur contrôle de l’apparition et de l’arrêt de la note.

Une fois la décision de s’orienter vers les fils prise, nous en avons acheté, et avons procédé aux premiers essais. C’est lors de cette phase, que nous avons cherché à respecter au mieux les conditions de sécurité, et à optimiser la source de chaleur qu’est le fil chauffant.

Description du montage électrique   :

Nous avons acheté trois bobines de fil chauffant à l’entreprise Newport-Omega (www.omega.fr). Chaque bobine mesure 15m de long, et est constituée d’un alliage métallique à base de Nickel (60 %), Chrome (16 %) et fer (24 %) appelé NI 60. Ce sont leurs diamètres qui les différencient : leurs valeurs sont 0.81 mm, 0.64 mm et 0.32 mm. La brochure technique complète concernant ces fils est disponible à l’adresse :http://www.omega.fr/Temperature/pdf/NI60.pdf

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Pour avoir la même géométrie qu’une grille chauffée par une flamme, le fil chauffant doit être enroulé dans un plan situé au quart de la longueur totale du tube. Pour assurer un chauffage homogène, il semble que la meilleure solution soit d’effectuer une spirale avec le fil : toute la section est couverte, et le jeu situé entre chaque repli du fil laisse passer le flux d’air.

On peut utiliser en plus un matériau en céramique type « nid d’abeille » : on peut découper une plaque qui sera positionnée dans la section du tube concernée, et qui servira de support à l’enroulement du fil de part et d’autre des alvéoles: cet enchevêtrement permet de figer la spirale. Ceci présente un intérêt de taille : on est assuré que des courts-circuits ne se créeront pas entre différents replis de la spirale en cours de manipulation. Un court-circuit est indésirable, dans la mesure où il condamne la boucle de fil située entre les 2 points qu’il met en contact : celle-ci n’est plus alimentée, et on ne chauffe plus toute la section du tube de manière homogène. Nous avons constaté ce phénomène expérimentalement, même si la documentation technique indique que le fil et pourvu d’une couche externe isolante. Nos observations nous ont amené à penser que cette protection n’a plus d’effet au-delà d’une certaine température.

Pour alimenter ces fils électriques, il faut en saisir les deux extrémités, et les connecter à l’alimentation : une des possibilités serait de faire sortir nos fils par le dessous du tube : comme ils ont une section très fine, ils n’obstruent pas la section du tube, et n’empêchent pas le flux d’air de passer. Cependant, nous avons songé à créer un orifice dans la paroi du tube qui est située au niveau de la spirale, pour permettre aux deux bouts de fil de sortir directement du tube. Ceci dans un souci de sécurité, car dans le cas contraire, toute la partie du fil descendant de la céramique en nid d’abeille vers l’extérieur, risquerait fortement de toucher les parois du tube. Notons que la présence de cette lucarne a peu d’importance, car une légère discontinuité dans la paroi du tube ne modifie que très peu la fréquence de résonance, et n’empêche pas la naissance du son.

Illustration 11

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Les deux extrémités du tube sortent donc du tube, et elles doivent être branchées à l’alimentation électrique. Ce branchement ne pourrait se faire de manière directe : les fils sont très chauds, et risqueraient de détériorer l’alimentation, puisque étant en contact direct avec celle-ci. Un moyen simple d’éviter ce problème, est d’utiliser des composants intermédiaires : les fils chauffants entreront dans des connecteurs (dominos) en céramique, résistant à ces chaleurs, et dont sortiront des fils électriques classiques, qui iront se connecter à l’alimentation : les connecteurs en céramique bloquent la progression de la température des fils chauffants aux fils électriques classiques. L’alimentation n’est en contact qu’avec des fils classiques, froids, donc ne sera pas détériorée.

Illustration 12

L’alimentation électrique doit être très puissante. En effet, la résistance des fils est très faible (de l’ordre de quelques ohms). Voici représentées dans un tableau les valeurs des résistances pour chaque fil :

Fil Diamètre(en mm)

Résistance pour un morceau de 30 cm à 20°C

(en Ohms)NI60-032-50 0.81 0.6592 NI60-025-50 0.64 1.055NI60-012-50 0.32 4.252

Illustration 13

Quand on monte en température, il faut multiplier la résistance calculée à 20°c par un facteur ne dépassant pas 1,5. L’ordre de grandeur de la résistance de nos fils est donc l’ohm. Pour obtenir une température donnée, obtenue par effet joule, il faut donc avoir des courants très forts, de l’ordre de la dizaine d’ampères.Pour réaliser nos essais, nous avons bénéficié du prêt d’une alimentation très puissante, apportée par M. Pascal Souchotte, travaillant pour le département MFAE, et qui nous a beaucoup aidé pendant les essais des fils chauffants. Le fonctionnement de 12 tubes en simultané nécessite donc un système d’alimentations très puissant, donc très coûteux. Nous avions pensé utiliser éventuellement des batteries de voiture, capables de fournir

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un tel apport énergétique. Les crédits demandés dans ce but nous ont été refusée par le jury en charge d’attribuer les Bonus Qualité Projet (BQP), qui a estimé inutile d’acheter des alimentations pour un coût total aussi élevé. Néanmoins, nous avions demandé des crédits supplémentaires, pour d’autres parties de notre orgue : ceux-ci nous ont été accordés.

V. LES VENTILATEURSNous venons de montrer que l’on a choisi de remplacer la grille par un enroulement de fil chauffant. Le fil chauffant est disposé de façon à reproduire la configuration d’une grille située à 1/3 de la hauteur du tube. Porté à température convenable, il crée un flux d’air vertical qui produit le son dans le tube.

air chaud

fil chauffant

Illustration 14

a) ProblématiqueLe problème se pose alors de la manoeuvrabilité du système. Pour respecter le cahier des charges il faut pouvoir déclencher et stopper la note dans des délais raisonnables.

b) Solutions envisagéesLa première solution envisagée, qui est de mettre sous tension puis hors tension le fil est inapplicable, car le fil met bien trop longtemps pour atteindre la température souhaitée.

La solution retenue est la suivante: l’écoulement minimum pour lequel le tube émet un son est un écoulement à vitesse U, correspondant à une température du fil T. On chauffe le fil jusqu’à une température T-θ qui correspond à un écoulement à vitesse U-ε. Puis on place sous le tube un ventilateur qui produit un écoulement à une vitesse ε.On contrôle ainsi la note par l’intermédiaire du ventilateur : lorsque ce dernier est allumé l’écoulement dans le tube se fait à vitesse U et le son est produit. Lorsque le ventilateur est coupé l’écoulement à la vitesse U- ε ne produit aucun son.

Ecoulement Ecoulement à la vitesse UVitesse U-ε

Fil chauffant T-θ Fil chauffant à Ecoulement vitesse εLa température T-θ

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Ventilateur enVentilateur coupé marche: son

Pas de son

Illustration 15

Nouveau problème :On gagne ainsi en vitesse de réaction pour le système, mais si la commande pour produire la note est simplement d’allumer/éteindre le ventilateur, le cahier des charges n’est toujours pas respecté.La réponse à ce problème est de laisser le ventilateur allumé en permanence. Le son est donc produit en continu, mais lorsqu’on veut couper la note il suffit de couper l’écoulement en fermant un clapet à la base du tube.

c) Solution retenue :Le système de production de la note est donc le suivant :En position de repos le clapet est fermé, le ventilateur produit un écoulement à une vitesse ε, et le fil chauffant produit un écoulement dans le tube à une vitesse U-ε.

Ecoulement à laVitesse U-ε

Fil chauffant àLa température T-θ

Direction de l’écoulement du flux du ventilateur

Clapet obstruant la base du tube

Ventilateur en marche

Illustration 16

En position ouverte le clapet permet au flux du ventilateur de se propager dans le tube, à l’intérieur duquel on obtient un écoulement U, et le son est produit.

A noterLe ventilateur joue un double rôle dans cette configuration : il permet de produire la note lorsque le clapet est ouvert mais il permet également de refroidir les parois du tubes, ce dernier étant chauffé en continu par le fil chauffant. Cette deuxième fonction est assurée en continu, aussi bien lorsque le clapet est ouvert que lorsqu’il est en position fermée.

Le rôle de l’interface entre le tube et l’utilisateur va donc être de permettre l’ouverture du clapet lorsqu’on appuie sur la touche du clavier correspondant à la note voulue

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VI. L’INTERFACE INSTRUMENT / UTILISATEUR 

a) Interface clavier / tubes :Comme pour un orgue traditionnel, la commande de la note doit être faite par l’intermédiaire d’un clavier. Partant de cela, deux possibilités ont été envisagées :

Interface électronique : avec une telle interface, il suffirait d’acheter un clavier standard et de programmer une carte électronique. Ce système n’est pas envisageable, car cette interface se trouvera dans un environnement d’une température généralement assez élevée, et il est probable que les composants électroniques ne supportent pas très longtemps ce traitement.

Interface mécanique : C’est celle qui a été retenue, au vu des problèmes exposés au paragraphe précédent.

Le fil chauffant est à une température telle que lorsque le flux est stoppé, le son s’arrête. Le flux d’air est réglé une fois pour toutes au débit qui permet d’obtenir le son. Lorsque le clapet libère l’entrée du tuyau, le phénomène de couplage thermo-acoustique se met alors en place et on obtient théoriquement le son.Cette solution a été celle retenue. Elle est en effet plus robuste que la solution électronique. De plus, elle satisfait mieux à l’exigence pédagogique de l’orgue : on pourra ainsi voir tout le mécanisme de la touche jusqu’au tuyau.

b) Elaboration de la transmission mécaniqueDe nombreuses transmissions mécaniques ont été envisagées.

Système avec crémaillère :

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Illustration 17

Ce système a été rejeté, car trop difficile à mettre en œuvre.

Système avec poulies et courroies :

Illustration 18

Ce système a un grand avantage : il permet de changer autant que l’on veut l’axe de force. Comme la largeur occupée par un tube est plus grande que celle occupée par une touche, cette transmission permettrait à partir d’un clavier standard de distribuer les forces en arc de cercle.Cependant, ce système présentait deux inconvénients majeurs :

Les courroies étaient des éléments difficilement maîtrisables. En effet, leurs caractéristiques risquent de changer en milieu subissant un fort ambitus thermique. Les réglages effectués afin d’avoir une sensation uniforme sur tout le clavier ne tiendraient que peu de temps.

De plus, ce système de poulies serait excessivement cher, ainsi que compliqué à mettre en place en raison des nombreux axes : il faudrait en effet deux poulies par tuyaux, ce qui revient à 24 poulies et autant d’axes.

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Cette solution n’est donc pas envisageable.

Système appareil photo :Ce système est celui qui équipe les appareils photo sur le cache-objectif.

Illustration 19

Cette solution nécessite de nombreux usinages et présente un risque de fragilité au niveau des trous percé dans la pièce relai.C’est pourquoi cette solution n’a pas été retenue.

Système retenu :Nous avons finalement retenu le système suivant qui nous paraissait le plus simple, le moins cher et le plus fiable.

Illustration 20

Ce système implique que les tuyaux soient disposés en quinconce. Il faut en effet réduire l’encombrement latéral afin d’avoir des touches d’une largeur raisonnable (le clavier ne sera pas standard).

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Les touches sont en bois, les clapets en métal. Le tout est fixé sur le support par une tige filetée, ce qui permet de bloquer le système avec des boulons. On a ainsi un système fiable et facilement démontable.Le système a été calculé de façon à ce que les clapets s’ouvrent d’un angle de 70°, mais cette valeur pourra être changée en fonction des résultats des prochaines expériences.

Illustration 21

c) Conception des premiers clapetsPour notre prototype, nous avons fait réaliser les deux types de clapets (court et long) en un exemplaire par le laboratoire de l’Ecole Centrale.

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Illustration 22

VII. Dimensionnement du boîtier Il a été convenu que le maintien des tubes serait fait au moyen de deux planches trouées. Le tube est bloqué en translation verticale par un collier de fixation qui repose sur la planche supérieure. La planche inférieure permet de maintenir le tube vertical et de fixer les connecteurs en céramique.

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Illustration 23

Le boîtier doit satisfaire à de nombreuses exigences. Tout d’abord, il doit être assez robuste pour supporter les 12 tuyaux et la chaleur dégagée. Pour cela, nous envisageons un boîtier en bois de bonne qualité.Le boîtier doit aussi supporter les poids de l’alimentation.L’orgue doit être facilement monté et démonté. C’est pourquoi il faut concevoir un système permettant par exemple de changer l’alimentation rapidement et sans intervention majeure. Le boîtier aura donc des panneaux pivotants ou amovibles.Enfin, concernant l’aspect pédagogique, il faut que l’on puisse voir la partie mécanique sans avoir à toucher l’orgue (pour des raisons de sécurité). C’est pourquoi nous avons prévu de réaliser le devant du boîtier en verre.Toute cette partie de l’élaboration du boîtier n’a été encore que peu abordée. Cela constitue un objectif à court terme.

VIII. ConclusionL’ensemble des solutions retenues que nous venons de décrire pour chaque partie du prototype nous permet ainsi de respecter le cahier des charges établi au début du projet.Le son est produit dans le délai exigé, à l’aide du système fil chauffants/clapets/ventilateurs présenté plus haut, les conditions de sécurité exigibles de ce type de produit sont respectées, et l’ensemble du boîtier respecte à la fois le désir d’esthétique et l’aspect pédagogique.Après avoir présenté les aspects techniques, nous pouvons maintenant étudier la dimension humaine de ce projet c'est-à-dire notre organisation et nos méthodes de travail, afin de comprendre ce que ce travail nous a apporté.

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ANALYSE DU PROCESSUS DU PROJET

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I. L'organisation de l'équipe

a) Formation du groupe :

Notre groupe de projet s'est formé assez rapidement, étant donné que la plupart de ses membres se connaissaient déjà, certains depuis le début de l'année, d'autres depuis plus longtemps.

Tout est parti du désir de Frédéric, ne parvenant pas à se décider pour un sujet, d'en proposer un ; Thibault le connaissant, approuvant son idée, et partageant sa passion pour la musique, l'a immédiatement suivi dans sa démarche. Après discussion avec M. Michel Roger du laboratoire d'acoustique lors de la présentation des projets, puis une visite au département MFAE, ce dernier et Mme Marie-Annick Galland leur ont proposé notre sujet de projet d'études, créé pour l'occasion : fabriquer un nouvel instrument de musique. Pierre-Emmanuel, voisin de Thibault, a été intéressé par l'aspect concret et original du projet, et s'est joint à eux. Jeanne a choisi d'adhérer au projet car il allie ses études et sa passion, la musique, et parce que le côté concret de la fabrication de l'orgue l'intéresse. Enfin Clémence, ayant fait la connaissance des autres élèves précédemment, et appréciant la musique et l'acoustique, s'est jointe à eux pour former le groupe final.

Ce qui ressort globalement de la formation du groupe est l'envie de chacun de travailler sur un sujet original (puisque non proposé dans la liste initiale de projets), concret, et touchant à un domaine intéressant, ce avec des personnes motivées et s'entendant déjà bien initialement.

b) Répartition des tâches :

Nous avons commencé par travailler sans réelle répartition précise des tâches : après chaque réunion, nous nous répartissions le travail pour la semaine suivante selon la volonté et les disponibilités de chacun des membres du groupe.

Cependant, une nécessité de mieux organiser notre groupe s'est rapidement fait ressentir. A la recherche d'efficacité et suivant les conseils reçus en TD de gestion de projet, nous avons donc distribué les tâches principales et permanentes du projet :

- étant à l'origine du sujet, Frédéric s'est naturellement imposé comme chef de projet, et il prend également en charge le site Internet ;

- Jeanne, s'appuyant sur ses connaissances musicales et techniques, a choisi de se spécialiser dans le dimensionnement des solutions mécaniques ;

- Thibault, intéressé par les relations humaines, se charge de la communication et s'occupe de passer les commandes aux fournisseurs ;

- Clémence use de ses qualités organisationnelles pour rédiger les comptes-rendus et mettre en forme le projet ;

- Pierre-Emmanuel enfin fait profiter le groupe de son esprit pratique en gérant le budget.En plus de ces responsabilités permanentes, à chaque étape du projet nous répartissons les tâches

spécifiques entre les membres de l'équipe, par groupes de 2 ou 3 si nécessaire, n'hésitant pas à mener des tâches très différentes en parallèle (dans la mesure du possible) afin de ne pas perdre de temps.

Cette répartition nous permet de travailler de façon efficace, nous n'envisageons donc pas d'en changer d'ici la fin du projet.

Malgré les différentes périodes que nous avons traversées, nous structurons toujours nos réunions de la même façon.Au début du projet nous racontions chacun le travail effectué dans la semaine, nous en discutions et nous nous répartissions plus ou moins bien les tâches pour la semaine suivante. Si cette structure globale des

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réunions est toujours d'actualité, grâce aux conseils reçus en TD de gestion de projet et d'expression et organisation, Frédéric, le chef de projet, fixe maintenant un ordre du jour et répartit plus précisément les tâches à venir à la fin des séances. Cette répartition est facilitée par le fait que les responsabilités sont clairement définies. La fréquence des réunions a également changé : au début nous nous réunissions toutes les semaines, et nous voyions nos tuteurs toutes les deux semaines environ ; maintenant les réunions à proprement parler (hors expérimentations) sont plus espacées dans le temps car les tâches sont plus conséquentes, et nous ne rencontrons nos tuteurs que lorsqu'un problème particulier se présente : notre fonctionnement est plus autonome.Lors des réunions, chacun prend les notes qui lui semblent nécessaires : informations, échéances, travail personnel à réaliser… et Clémence envoie les comptes-rendus globaux à tout le groupe quelques jours plus tard. Frédéric, qui s'occupe du site Internet, et elle, tiennent ainsi à jour le dossier de pilotage en rassemblant et en mettant en ligne les avancées du projet et les documents utilisés.

c) Analyse critique du travail en équipe :

S'il est vrai que nous avions tous auparavant réalisé des travaux ponctuels en petits groupes au cours de notre scolarité, ou encore participé à des activités de groupe dans des domaines différents (orchestre ou autre groupe de musique…), aucun d'entre nous n'avait jamais mené à bien un projet d'une telle envergure au sein d'une équipe. Le projet d'études représente donc une expérience nouvelle de travail en équipe pour nous tous.

Notre façon de procéder s'est révélée plus ou moins efficace selon les cas et les périodes.Notre répartition "approximative" des tâches au début du projet nous a démontré le besoin de

réellement nous organiser car dans un groupe il est indispensable de définir précisément ce que chacun fait pour être productif. Et c'est ce que nous avons constaté malgré nous récemment encore : pour nos récents essais des fils chauffants, nous avons voulu tous être présents, et malgré l'échec des premiers essais nous ne nous sommes pas séparés en petits groupes de travail assez rapidement pour étudier les différents aspects et les différentes solutions… Nous avons ainsi pris du retard dans le planning car nous ne nous sommes pas tenus à notre mode de travail habituel, qui a pourtant démontré son efficacité auparavant, et nous aurait permis d'être ici encore plus efficaces. Il est donc indispensable que nous continuions à bien nous répartir les tâches à l'avenir pour éviter les pertes de temps.

Cependant, malgré cette répartition du travail, nous nous tenons informés les uns les autres de nos avancées respectives lors des réunions hebdomadaires, par mail ou encore directement : chaque membre est au courant de la totalité du travail effectué, même si ce n'est pas lui qui l'a réalisé. En effet il est clair que la communication est un aspect primordial du projet, et de cette façon nous pouvons en conserver une vision globale.

Ainsi nous avons pu dégager de notre expérience les avantages du travail en équipe : - il est beaucoup plus efficace que s'il était réalisé individuellement ;- il permet à tous de profiter des compétences et expériences des autres ;- il rapproche les gens de façon significative par le partage d'une expérience intéressante.

Cependant le travail en équipe impose certaines contraintes supplémentaires :- il faut être très flexible, s'adapter aux disponibilités, compétences, idées et envies des autres ;- il faut respecter les consignes et les délais à la lettre, en bref s'investir, car une défaillance

personnelle a des conséquences importantes sur le travail collectif ;- il faut organiser le travail de façon beaucoup plus précise que lorsque l'on est seul ;- il faut faire fi des humeurs personnelles pour maintenir une bonne ambiance indispensable au

fonctionnement correct de l'équipe.

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II. Les méthodes employées

a) Démarche suivie :

Notre travail s'est divisé en plusieurs phases depuis le début du projet.Nous avons logiquement commencé par une partie bibliographique pour prendre connaissance du

phénomène physique du tube de Rïjke et voir ce qui avait été réalisé sur le sujet précédemment. Nous avons d'une part tous lu les documents fournis par nos tuteurs : cours d'acoustique, comptes-rendus de TP sur le tube de Rïjke… D'autre part nous nous sommes partagé les recherches à faire sur Internet sur les différents éléments problématiques de l'orgue à réaliser. Chaque mercredi nous nous réunissions entre nous pour faire le point sur les informations récoltées, un peu moins souvent avec les tuteurs pour qu'ils nous aident sur les points que nous n'arrivions pas à comprendre tout seuls. Ainsi en quelques semaines, après une séance d'expérimentation pour compléter cette partie théorique, nous avons pu définir les objectifs techniques et scientifiques du projet.

Après cela, nous avons pu nous occuper de la structuration indispensable du projet et de l'équipe : répartition des responsabilités et des tâches, cahier des charges, planning…

Ceci nous a conduits à formuler une première commande de matériel destinée à fabriquer un prototype pour tester les solutions techniques envisagées, chacun s'occupant d'une partie du prototype : fil chauffant, ventilateurs, tubes, bâti, clapets…

C'est là que nous avons rencontré les premières vraies difficultés : si par nos propres moyens ou grâce au laboratoire d'acoustique nous avons rassemblé presque tout le matériel, il nous a été très difficile de nous procurer des fils chauffants. Nous avons en effet mis près de 3 mois à les recevoir, car le seul fournisseur que nous avions trouvé ne répondait jamais à nos questions et ne nous rappelait pas… Ayant pris par conséquent du retard dans le planning, nous avons décidé de passer commande même si nous n'étions pas sûrs des caractéristiques des fils ; là est apparu un autre problème : un montant de commande minimum qui nous a obligés à dépenser plus que prévu notre budget.

Cette période fut relativement pénible car nous nous sommes retrouvés bloqués dans notre avancée, mais elle nous a permis de nous rendre compte à la fois des difficultés réelles face auxquelles on est confronté dans l'industrie, et de la nécessité de prendre des décisions rapides et efficaces en situation de crise, ce que nous n'avons pas fait à ce moment-là.

La phase dans laquelle nous sommes actuellement est celle d'expérimentations sur le prototype. Nous avons monté ce dernier au bâtiment J12, et nous tentons maintenant de faire fonctionner les tubes à l'aide des fils chauffants.

Nous travaillons seuls dans notre salle la plupart du temps, aussi nous n'avons pas trop l'occasion d'assister à la vie dans un laboratoire. Cependant M. Pascal Souchotte, ingénieur au laboratoire d'acoustique, qui nous a été présenté par notre tutrice, nous aide souvent dans nos expérimentations et nous a maintes fois fourni du matériel lorsque nous en avions besoin. A travers lui, nous avons pu découvrir comment travaille un ingénieur en laboratoire de recherche, les relations avec les techniciens et les chercheurs, et ce dans le cadre particulier de l'école.

Un autre problème s'est alors posé à nous lors des expérimentations : si les fils semblent convenir pour l'utilisation que nous voulons en faire, les tubes n'émettent pas de son, ce qui nous a conduits à prendre la décision de nous replonger dans une étude théorique plus approfondie sur ce point particulier et de réaliser d'autres tâches en parallèle, pour éviter de perdre trop de temps.

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b) Communication :

Entre les réunions, nous communiquons entre nous par mail, ou nous discutons directement avec l'un ou l'autre des membres du groupe si le besoin s'en fait ressentir. Etant donné que nous nous connaissons assez bien, la communication entre nous ne pose pas de problèmes particuliers : si une mise au point s'impose, nous en parlons franchement.

Nous communiquons également par mail avec nos tuteurs et avec M. Souchotte, le plus souvent via Thibault, notre responsable communication, ou via Frédéric, notre chef de projet, pour l'organisation des rencontres officielles particulièrement (RVP…). Aucun problème n'est à signaler : des deux côtés les réponses sont rapides, et si une rencontre est nécessaire nous n'avons généralement pas de mal à nous entendre sur un créneau commun.

c) Utilisation des outils de planification :

Pour la préparation du RVP2, nous avons dû présenter un planning détaillé de notre projet sous la forme d'un PERT et d'un GANTT. Cela a été l'occasion d'une part de fixer des échéances précises pour les tâches à réaliser, et d'autre part d'affronter les difficultés techniques liées à la mise ne forme informatique de ces deux plannings.

Pour le GANTT, il nous a fallu nous familiariser avec un logiciel inconnu, MS Project, pour le mettre en forme. Pour le PERT, ne disposant pas d'un logiciel adapté permettant de réaliser un diagramme incluant toutes les informations requises, nous avons construit le planning "à la main", à l'aide de Paint et Word. Ce travail fut laborieux et quelque peu inutile car dans une entreprise on dispose d'outils adaptés.

Finalement, ces diagrammes nous permettent d'avoir une vision d'ensemble du projet et de nous situer par rapport au planning initial pour constater d'éventuels retards, ce qui dans ce cas nous pousse à prendre des décisions rapidement. Ainsi, même si leur élaboration a pris du temps, ils se révèlent utiles pour faire avancer le projet et nous ont permis d'acquérir quelques notions en MS Project qui pourront se révéler utiles au cours de nos carrières respectives.

d) Budget :

C'est Pierre-Emmanuel, en tant que trésorier, qui ,en accord avec les autres membres de l'équipe, gère le budget du projet. Il a été mis en place en deux temps.

Tout d'abord lors de la commande du matériel dédié au prototype, nous avons pris connaissance des coûts des différents éléments de l'orgue, selon les fournisseurs, les modèles et les matériaux. Le budget initial étant assez restrictif, dans un souci d'économie nous nous sommes dirigés vers les solutions les moins onéreuses, écartant ainsi certaines possibilités. Nous avons également décidé d'utiliser du matériel déjà présent au laboratoire pour tester ces éléments, ce qui nous permettra d'acheter directement le matériel nécessaire à l'orgue final. Enfin grâce à l'aide de M. Souchotte, nous avons pu récupérer des chutes de matériaux que nous avons fait usiner par l'école si nécessaire, ce qui nous a permis d'économiser une grande partie du budget.

Réalisant cependant que pour l'orgue final nos besoins excédaient nos ressources, après une étude détaillée des différentes pièces nécessaires et de leurs coûts, nous avons décidé de demander 1500 euros de BQP pour satisfaire notre budget prévisionnel. Ayant obtenu 700 euros, nous allons tenter de modifier ce budget prévisionnel pour atteindre tout de même notre objectif, mais nous envisageons également de revoir cet objectif à la baisse si nous n'y parvenons pas.

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III. ConclusionLa collaboration qui s’est établie autour de ce travail a semble-t-il été profitable à chacun des

membres du groupe. Ce projet nous a réunis autour d’un intérêt commun voire même d’une passion pour certains. La cohésion de l’équipe étant assurée depuis le commencement, nous avons pu avancer rapidement au début.

Chacun a apporté quelque chose au projet :Clémence son sérieux et sa méthode, Jeanne sa passion, Pierre-Emmanuel sa créativité, Thibault son dynamisme et Frédéric sa motivation, et pour chacun, de la persévérance et une grande dose de bonne humeur.

La présence de fortes personnalités au sein de l’équipe nous amené à vivre des situations d’oppositions, mais nous avons pu les surmonter car chez chacun était ancré le respect de la décision prise par la majorité du groupe.Nous pensons donc être sortis enrichis de ces crises qui nous ont aidé à comprendre nos erreurs, et à cultiver les points forts qui nous ont permis d’avancer.En définitive nous aurons retenu l’importance des points suivants pour le bon fonctionnement d’un tel groupe de projet : une bonne communication, une implication de chacun dans le projet, un respect des délais fixés, respect de la hiérarchie, bonne entente des membres.

D’une façon globale cette expérience nous donne un premier contact avec ce à quoi nous serons confrontés dans notre vie professionnelle : en cela elle nous a semblé fructueuse, principalement à travers l’obligation de prendre des responsabilités et la liberté d’action qui nous est accordée.

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CONCLUSION

Ce projet nous a apporté beaucoup d’un point de vue scientifique. A l’issue de ces 10 mois de projet, nous avons établi le cahier des charges de l’orgue. Nous avons également comparé des matériaux pour la fabrication des tubes. Par ailleurs, nous avons étudié et choisi un mode de chauffage, ce qui nous a amené à commander des fils chauffants. En outre, nous avons opté pour un système de ventilation à base de ventilateurs qu’il nous a fallu dimensionner. Finalement, toute la partie d’élaboration de la transmission mécanique, de son dimensionnement, de sa conception à l’aide de Catia et de sa fabrication à l’école a été très enrichissante.

Ce projet nous amène à effectuer des choix et à prendre des décisions importantes. Il nous semble ainsi bénéfique d’un point de vue pédagogique : les outils mis à notre disposition nous permettent d’améliorer notre travail en équipe et nous apprennent à travailler suivant un mode de fonctionnement proche de celui employé en entreprise. Il nous montre également tous les problèmes dus au respect d’un planning, à l’élaboration d’un cahier des charges, à la limitation d’un budget. Ce qui nous a le plus marqué est le retard que l’on peut prendre sur certains points qui nous paraissaient être acquis, ou sur des problèmes que nous n’avions même pas envisagés.

L’état d’avancement de notre projet nous semble satisfaisant malgré le léger retard que nous avons pris sur le planning dû à la commande des fils et à leur mise en œuvre. De plus, l’obtention des 700 € du BQP nous a prouvé que notre projet est sur la bonne voie. Nous espérons ainsi produire l’orgue finale pour l’échéance de janvier 2006.

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BIBLIOGRAPHIE

Sites Internet   : Orgues de feu : http://www.windworld.com/emi/articles/pyronw.htmRijke tube resonator : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/waves/rijkev.html

Comptes-rendus de BE de synthèse de l’UE ME, 2 ème Année, Ecole Centrale de Lyon   : Dimensionnement thermique de la grille, expérience de RijkeModélisation du phénomène du tube de Rijke Par ondes planesNotions physiques Présentation problème tube de Rijke, physique de Rijke

Divers   : Active control of the noise from a Riijke tube (Maria A. Heckl, Journal of Sound and Vibration, 1988124, (1), 117-133)

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RESUME

Concernant les résultats scientifiques de notre projet, nous avons choisi d’utiliser des tubes en métal car ils sont peu chers et facilement usinables à l’école. Nous avons également décidé de remplacer le système de chauffage au gaz par un chauffage électrique réalisé par des fils chauffants, ce qui respecte mieux le cahier des charges. Il faut aussi utiliser des ventilateurs placés sous les tubes afin de faciliter la convection naturelle dans le tube. Par ailleurs, nous avons conçu un système de clapets afin de réaliser l’interface entre l’utilisateur et l’instrument. Grâce aux touches d’un clavier, l’utilisateur pourra actionner des clapets qui couperont ou permettront la circulation dans les tubes d’air en provenance des ventilateurs. Finalement, il nous reste à concevoir le boîtier extérieur de l’orgue qui contiendra des plaques horizontales trouées permettant l’insertion des tubes.

Grâce à une bonne entente entre les membres du groupe et une motivation certaine de la part de chacun, nous avons pu avancer relativement rapidement malgré les quelques temps morts. Ce projet nous a ainsi semblé profitable tant d’un point de vue scientifique que pédagogique.

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ANNEXES

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I. Index des illustrationsIllustration 0 : Schéma du phénomène de Rijke (page 5)Illustration 1 : Tableau correspondance notes/fréquence Illustration 2 : Tableau critères d’évaluation des fonctions de l’orgue : première partie (page 6)Illustration 3 : Tableau critères d’évaluation des fonctions de l’orgue : seconde partie (page 6)Illustration 4 : Tableau critères d’évaluation des fonctions de l’orgue : troisième partie (page 6)Illustration 5 : Tableau critères d’évaluation des fonctions de l’orgue : dernière partie (page 7)Illustration 6 : Expérience avec un tube de Rijke en verre (page 8)Illustration 7 : Expérience avec un tube en métal (page 8)Illustration 8 : Tableau des correspondances entre fréquence et longueur des tubes (page 9)Illustration 9 : Tableau de données sur le chauffage d’une grille (page10)Illustration 10 : Photo d’une séance d’expérimentation du groupe : fils chauffants (page 11)Illustration 11 : Schéma de l’usinage sur un tube (page 13)Illustration 12 : Vue en coupe de l’enroulement du fil chauffant dans le tube (page 14)Illustration 13 : Tableau de données : résistance des différents fils chauffants (page 14)Illustration 14 : Schéma de principe du tube de Rijke (page 15)Illustration 15 : Schéma comparatif montrant l’effet d’une ventilation (page 15)Illustration 16 : Schéma du dispositif final avec ventilation (page 16)Illustration 17 : Schéma du premier système de transmission : crémaillère (pages 17-18)Illustration 18 : Schéma du second système de transmission : poulies (page 18)Illustration 19 : Schéma du troisième système de transmission : appareil photo (page 19)Illustration 20 : Schéma du système retenu (page 19)Illustration 21 : Schémas explicatif de l’ouverture d’un clapet (page 20)Illustration 22 : Chaîne de côtes des éléments de la transmission mécanique (page 21)Illustration 23 : Schéma montrant l’agencement des tubes dans le boîtier (page 22)

II. Justification de la longueur des tubes

Pour un tube ouvert et avec pour conditions limites P = 0 (première approximation suffisante dans le cadre de notre étude)∆P + k²P = 0 k = ω / C0

P = 0 en x = 0 et x = Lsoit P(x) = Acos(kx) + Bsin(kx)avec P(0) = P(L) = 0d’où B = 0 kn = nπ/L fn = nC0/(2L) sin(kL) = 0 Pn(x) = Acos(knx)

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III. Photos de l'équipe

Frédéric Pierre-Emmanuel Clémence Jeanne Thibault

IV. Coût du projetBudget détaillé présenté au BQP   :

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V. GANT au plus tôt

Chef de projet :Frédéric

Communication, commandes :Thibault

Gestion du budget :Pierre Emmanuel

Dimensionnement des solutions :Jeanne

Compte rendus, organisation du projet :Clémence

VI. Organigramme des responsabilités

VII. Organigramme des tâchesTACHES

Approche théorique

Manipulations

Acquisition de matériel

Structuration du projet

étude théorique problématique objectifs

1ers essais fabrication prototype travail technique fabrication finale

Recherche fournisseurs 1ère commande

planning budget

Commande finale

Optimisation

Site Web finalisation

Identification problèmes Recherche solutions finales

Echéances

RVP 1 RVP 2 BQP 1ère Soutenance RVP 3 2ème Soutenance35