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Comment
mettre la physique
des ondes et des
vibrations mécaniques
de la matière verre au
service de la
création ?

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1

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Introduction
La vibration



Sommaire :




Qu’ est ce qu’ une vibration ?
Différence entre ondes et vibrations
Les différents types d’ ondes et vibrations

2
2
3

Carnet



Définitions 4
Informations 5

Références







Mind map 6/7
M. Nikolas Tesla et Ernst Chladni
8
Résonnance et théorie des cordes
9
Glass harmonica et Peugeot Fractal
10
Cymatics, Alexandre Lauterwasser
11

Arts et Sciences

12/13

pistes projet




Verre vibration et bien être

Verre vibration et botanique



Verre vibrations et technologies



14/15
16/17
18/19

ARt ou design

20/21



Récapitulatif 22/23
Glossaire 24
sources 25

Introduction
Intéressé par la
physique, j’ ai décidé pour
mon projet de travailler sur la
vibration mécanique (vibration sonore)
de la matière verre. Notre univers au complet est composé et parcouru d’ ondes et de
vibrations. Notre planète, l’ eau, les plantes et
même chaque cellule du corps humain possèdent leur fréquence propre. De nombreuses
recherches scientifiques, médicales et agricoles étudient ce domaine pour diverses
applications qui verront le jour
dans une dizaine d’ année.
En raison de son apparente fragilité, peu de
travaux scientifiques ou
artistiques associent le domaine des vibrations au
verre, c’ est donc un univers où il reste beaucoup
à expérimenter. Je pense
que la mise en avant et le
travail de certaines propriétés de cette matière,
couplées au monde de la
physique et de la technologie, peuvent aboutir à des
découvertes intéressantes
pour différents domaines.

1

La vibration
Qu’ est ce qu’ une vibration ?
Une vibration est un mouvement, une propagation d’ énergie parcourant
un corps. Ce phénomène peut être produit par le corps en question ou
par un apport d’ énergie extérieure.

Les différents types d’ ondes et vibrations.
Les vibrations et ondes électromagnétiques sont
des mouvements d’ énergie se déplaçant sur ce
que l’ on appelle un champ magnétique. Ces
ondes et vibrations ont pour particularité de ne
pas interagir mécaniquement avec la matière
et peuvent donc se propager dans le vide. Cette
énergie créé de nombreux phénomènes comme
la lumière visible, l’infrarouge ou les rayons X.

Différence entre ondes et vibrations.
La vibration se propage dans un corps et met celui-ci en mouvement, elle
peut être produite par ce même corps ou créer par un apport d’ énergie
extérieure. L’ onde quant à elle se propage dans le milieu entourant ce
corps et résulte de l’ énergie produite par celui-ci, comme les molécules
d’air qui sont mises en mouvement par la vibration d’ un diapason.
Source sonore :
Diapason

Propagation de l’onde

Mise en mouvement des molécules d’air

2

Les

vibrations

et

ondes

mécaniques

sont des mouvements d’ énergie qui ont besoin
de matière pour se propager, par exemple : une
onde sonore se déplaçant dans l’ air se traduit
par la pression et décompression des molécules
d’ air se trouvant autour du diapason. La
vitesse de propagation des ondes et vibrations
mécaniques est directement liée à la densité de
la matière, qu’ elles traversent. Plus un matériaux
est épais ou dur, plus l’ onde sera rapide.
J’ ai choisi de travailler exclusivement sur ce type de
vibrations, car ce phénomène nécessite de la matière
pour exister. Je suis curieux d’ observer la réaction
entre les vibrations mécaniques et la matière verre.

3

Carnet

Matériaux

Définitions

Informations

Air

Fréquences : Nombre de répetitions par seconde du phénomène, son unité est le Hertz.
Amplitude : La valeur maximale de la grandeur atteinte lors du
mouvement est appelée amplitude (A) ou élongation maximale.
Amplitude en Hertz

A 27° vitesse du son dans l’air :
C= 347 m/s

A

1480

Béton

3100

Verre

4000 à 6000

Aluminium

6420
20 000

Diamant

Ondes du cerveau (Hertz)
Onde Delta

4

NOTES Fréquences

Onde Thêta

7
12

Période

331

Eau

Oscillation : Mouvement d’ un corps qui se déplace alternativement de
part et d’ autre d’ une position d’ équilibre.
Périodes : Pour l’ ensemble des cas d’ oscillations ou vibrations il y a répétition
identique à lui-même du phénomène physique à des intervalles de temps
successifs égaux. Par définition, ces phénomènes sont dit périodiques et la
durée d’ une répétition est appelée période du mouvement. Elle est notée
T et exprimée dans le système d’ unités internationales en seconde (s).

Vitesse de pro
pagation
des vibratio
ns (m/s)

Onde Alpha
Onde Bêta

25
60

Onde Gamma

DO
RE

262 Hz

MI

330 Hz

FA

349 HZ

SOL

392 Hz

LA
SI

440 Hz
494 Hz

DO

523 Hz

294 Hz

Echelle des fréquences (Hertz)
20 Hz

4

0

Temps en seconde

Infrason

20000 Hz
Fréquences sonore audible

Ultrason

5

Réferences
Mind map

Phénomène de résonance

La théorie des cordes

Ernst Chladni

Comment mettre la physique
des ondes et des vibrations mécaniques de la matière verre
au service de la création ?

Experiment Boy

Alexandre Lauterwasser

6

Nikolas Tesla

Nigel stanford

Peugeot Fractal
Glass Harmonica

M. Nikolas Tesla et Ernst Chladni,
scientifiques et vibrations
Inventeur et scientifique américain
de génie, Nikolas Tesla est né en 1856.
Avec plus de 300 brevets déposés pour
quelques 125 inventions, il est connu
pour être un pionnier et fervent
défenseur du courant alternatif.
Dans son laboratoire de Manhattan,
Nikolas Tesla
aurait construit
un puissant et petit moteur
créant des vibrations grâce à l’
air comprimé qui aurait mis en
résonance un quartier entier.
Je veux m’ inspirer de ce génie pour
créer un projet qui émerveille, inspire
et pousse son utilisateur à s’ intéresser
au fontionnement de notre univers.

M. Ernst Chladni Physicien Allemand et père de
l’ acoustique moderne étudia expérimentalement la
vibration de la matière. En saupoudrant une plaque
de cuivre avec du sable et en frottant son bord à l’ aide
d’ un archet, le scientifique dévoile ainsi les formes
que prennent les vibrations à différentes fréquences.
M’ inspirer de la découverte de l’ aspect
graphique des vibrations est très intéressant
pour donner une cohérence entre l’aspect, la
signification et le fonctionnement de mon projet.

Phénomène de résonance et théorie des cordes,
physique, ondes et vibrations
Le phénomène de résonance
se produit lorsqu’un objet est
soumis à la fréquence qu’ il émet
en état vibratoire. Un objet en
vibration est en mouvement et
son mouvement se propage dans
l’ air sous forme de son. Si l’ on
soumet cet objet à ce son précis,
celui-ci entrera en mouvement.
Ce phénomène particulier, permet d’
observer la matière qui réagit à une
énergie immatérielle. Celle-ci donne
une dimension magique à la science,
que j’ aimerai insufler dans mon projet.

La Théorie des cordes est un sujet de recherche scientifique d’ actualité.
Le but de cette théorie est d’ unir la mécanique quantique et la théorie
de la relativité générale pour créer une théorie du tout. Pour simplifier,
notre univers serait composé de cordes d’ environ 10 puissances
moins 33 centimètres de distance. Ces cordes d’ énergie vibreraient
de manière différentes dans plus de 3 dimensions créant ainsi la
matière et les énergies telles que la gravité ou l’ électromagnétisme.
Cette théorie me fascine par la beauté et la poésie qu’ il s’ en dégage.
Elle prend le contrepied de l’univers scientifique que l’ on se représente
: froid et pragmatique. De plus ces recherches ambitieuses poussent l’
homme à remettre son savoir en question et à progresser. Je veux donner
à mon projet ce côté «beau» et intéressant tout en invitant son utilisateur
à se poser des questions sur le fonctionnement de ce qui l’ entoure.

9

Glass harmonica et Peugeot Fractal,
sciences intégrées à l’ objet.
En 1761, Benjamin Franklin
améliore un instrument créé
vingt ans plus tôt et met au
point le glassharmonica. En
touchant de ses doigts mouillés
l’ épaisseur des bols de cristal
en rotation, il met en vibration
la matière grâce à la friction.
La quantité de matière dont
est composée chaque bol est
précisément contrôlée pour
que la fréquence de l’objet
corresponde aux bonnes notes.
Pour faire aboutir mon projet, il
faut que je maîtrise la sonorité de
la matière verre, je peux sûrement
m’ aider du travail de personnes
comme Benjamin Franklin qui
ont réussi avec moins de matériel
scientifique que je n’ utilise.

10

Cymatics,

Alexandre Lauterwasser,
Physique artistique.

Nigel Stanford est un musicien originaire
de welligton en Nouvelle-Zélande. J’
ai trouvé peu d’ informations sur cet
homme si ce n’ est qu’ il travaille avec
un certain John Stanford et qu’ils ont
commencé leurs musiques trance et
ambiant dub dans les années 1999.

Présenté en 2015, le concept
car de peugeot, la Fractale, a été
imaginé sur le thème du son.
Peugeot prend les devants sur
de futures lois concernant les
voitures électriques en créant en
collaboration avec le Dj Brésilien
Amon Tobin cette voiture. A l’
intérieur comme à l’ extérieur
la voiture à été pensée et étudiée
pour produire des sons précis.
Ce concept intègre la science
des vibrations au coeur même
du projet, rendant la voiture
plus luxueuse, pratique et
personnelle pour le client par
la personnalisation des sons.

Son clip ainsi que sa musique intitulée
Cymatics utilise des principes ou
matériels physiques comme la vibration
ou les impressionnantes bobines Tesla.
A la fois instruments et décors ils ont
une double fonctionnalité. J’aimerai
intégrer ce principe à mon projet
pour le rendre interactif et ludique.
En reproduisant le travail scientifique
de M.Chladni dans un but artistique, M.
Alexandre Lauterwasser a créé différents
motifs avec des grains de sable de couleur
ou de l’ eau soumis aux vibrations. En
variant la fréquence des vibrations et les
matières soumises à celle-ci, il découvre
un large éventail de forme de fréquences.
Cet artiste a réussi à reprendre un
protocole de recherche scientifique et à
l’ adapter au domaine de l’ art pour créer
des pièces décoratives pouvant s’ intégrer
à un mobilier ou une architecture

11

Arts et sciences

12

Avant le XIX siècle et la mise en place d’une
pensée cartésienne et de méthodes scientifiques particulières, les pratiques des arts et
des sciences sont étroitement liées. Inventeur,
anatomiste, peintre, sculpteur, architecte, Léonard de Vinci fut l’un des meilleurs praticiens
de ce mélange et de cet échange entre les différentes disciplines. En utilisant sa curiosité et
son imagination artistique et en s’inspirant de
la nature, il a inventé de nombreux systèmes
en avance sur leur temps tels l’hélicoptère ou
le sous marin. A l’inverse en autopsiant et en
étudiant le corps humain il a cherché à en comprendre le fonctionnement afin de parfaire ses
œuvres. En transposant et en s’aidant de ses
méthodes de travail et de ses connaissances
artistiques dans le domaine des sciences et inversement, Léonard de Vinci s’est libéré des
règles et des contraintes d’une discipline et
l’a abordé d’une nouvelle façon. Ces échanges
ont enrichi son travail, lui ont permis d’explorer de nouvelles méthodes ce qui a rendu
ses œuvres appréciables par un grand nombre
de personnes de part leurs nombreux sens.

De nos jours beaucoup d’artistes et designers s’inspirent et utilisent
les sciences et les nouvelles technologies dans leurs œuvres donnant
ainsi naissance à de nouveaux courants artistiques tels les arts numériques, scientifiques ou le biomimétisme. Dans plusieurs de ses livres
( la société sur le divan sortie en 2007, par exemple) Hervé Fischer artiste et philosophe franco-canadien souligne : «Il est temps de parler des arts scientifiques comme on a parlé de l’art expressionniste,
conceptuel ou abstrait, il s’agit de la tendance la plus actuelle en ce
tournant du millénaire». Dans notre société où les nouvelles technologies et la recherche scientifique progressent à une vitesse folle,
je pense que les artistes et les designers auront deux rôles importants.
Tout d’abord l’artiste ou le designer peuvent éduquer leur public et
mettre à la portée de tous ces innovations en les intégrant dans leurs
créations ou dans leur processus de fabrication. Les artistes japonnais Seiko Mikami et Sota Ichikawa en sont l’exemple parfait avec
leur installation Gravicells Gravity and Resistance project (2003 à
2010) ou par un jeu de quadrillage lumineux et de capteur posé au
sol, ils donnent au spectateur la sensation de percevoir la gravité.
L’autre grand rôle des artistes et designers est d’amener leur public à réfléchir aux grandes questions d’éthique que soulèvent les recherches et
les découvertes. Peut on modifier à notre guise l’ADN des êtres vivants ?
Sommes nous assez évolués pour utliser nos découvertes à de bonnes fins
? L’artiste Australien Strelarc pousse son public à se poser ces questions
grâce à ces étranges performances. Ces questions
ne concernent pas seulement les scientifiques
mais toute notre espèce
et je pense que l’art et
le design permettront
d’impliquer un grand
nombre de personnes
dans cette aventure qu’est
la recherche scientifique.

Pistes projet
Verre, vibrations et bien être
Avec des méthodes comme la médicamentation,
la transplantation et la chirurgie, l’homme s’
est principalement concentré à soigner ses
maux physiques. L’ idée de soigner le corps
humain par les vibrations n’ est encore qu’ à l’
état de recherches et relève plus de la croyance
que du fait scientifique. Néanmoins ,les sons
et vibrations influent sur nos humeurs et
notre stress. La musique n’ est ni plus ni
moins qu’une grande suite de vibrations.
Mon idée est de m’ inspirer des bols tibétains
bouddhistes, afin de créer un objet aux sons
purs qui aideraient son utilisateur à se détendre.

Procédé d’ experimentation

Etape 1 :
Soufflage de différentes
pièces dans des moules
(soufflées
tournées).
Les pièces doivent
êtres épaisses au fond
et fines au buvant.

Etape 2 :
Décalottage
de
la pièce à l’aide
d’ une ficelle
imbibée d’alcool.

Etape 3 :
Analyse des vibrations
produites
par
la
pièces
pour
en
déterminer la note.

Etape 4 :

14

Réglage du son de la
pièce par enlèvement de
matière. Tailler dans les
parties épaisses permet
de rendre le son plus
grave et inversement.

15

Verre, vibration et botanique

Les études des effets des vibrations sur les
plantes sont quant à elles plus poussées et il
semble intéressant de les associer au monde
du verre. Un scientifique, Joel Sternheimer,
découvre qu’ en soumettant les plantes à
certaines suites de fréquences sonores, celles-ci
se mettaient à produire plus ou moins certaines
protéines. Des exploitations vinicoles sont
déjà équipées de cette technologie pour faire
face à certaines maladies. Plus économique,
écologique et adaptable à chaque plante cette
trouvaille devrait prendre sa place dans les
techniques botaniques ou agricoles d’ici
quelques années. Mon idée serait de créer un
objet décoratif et utilitaire par ses sons. Cet
objet permetterait aux particuliers de découvrir
et d’ accéder à cette nouvelle technologie.

17

Verre, vibrations et technologies

Pour ce projet,
j’ aimerai associer
le verre à différents instruments
scientifiques et technologies durant la
phase de conception et de fabrication.
Des microphones ainsi que des logiciels
informatiques spécialisés me seront
utiles pour faire mes expérimentations.
J’aimerai
également
intégrer
au
fonctionnement de mon projet différentes
technologies comme : l’ électroaimant, le
piézoélectrique, les haut-parleurs. Le but
de cette association serait de découvrir
de nouvelles fonctions à la matière en
mettant en avant ces propiétés vibratoires.

18

19

Art ou design
Une fois le fond du projet défini, il est temps de réfléchir à la situation dans laquelle s’intégrera l’objet afin d’imaginer sa
forme. Le but de mon projet étant d’attiser la curiosité et de susciter de l’engouement pour l’univers scientifique, différents
choix s’offrent à moi avec leurs avantages et inconvénients.

Avec son projet Andréa (2009)
Mathieu Lehanneur mélange la
science et le design pour résoudre
des problèmes de pureté d’air à
l’intérieur des véhicules spatiaux.
Cette petite coquille de plastique
d’environ 45 cm de haut aspire l’air
et ses impuretés afin qu’elle soit purifiée par une plante spécialement
sélectionnée pour cette propriété.
La fabrication d’un projet en petite ou moyenne série a de nombreux avantages : la répartition de
certains coûts sur l’ensemble de la
production et une plus grande visibilité du projet par exemple. Mais
dans le cas d’une production en
série le projet devra respecter certaines normes et s’adapter à son
milieu, il sera présenté comme un
objet zen décoratif et sonore.

20

Arrivée grand prix du
jury au concours international Design Parade de
2013 avec son projet «Le
chant des Quartz, Laura
Couto Rosado a mélangé
art, science et design pour
créer un objet révélant le
chant des pierres. En utilisant les propriétés piézoélectriques de certaines
roches et la technologie,
Mme Rosado révèle la
poésie de la science. «Le
projet est magique, non
pas parce qu’il est techniquement avancé, mais
parce qu’il révèle la poésie
inhérente à la technologie
existante.» En créant son
projet sous la forme de
pièce unique, Mme Rosado peut la présenter dans
différents milieux comme
des musées, des galeries
ou des expositions artistiques. Présenter mon
projet dans un espace dédié aux arts et aux créations attirerait un public
averti et intéressé et me
permettrait
également
d’adapter l’espace de présentation au projet afin
d’amplifier sa présence ou
de créer une installation.

récapitulatif
Pour mon projet de diplôme DMA, j’ai décidé
d’ associer plusieurs de mes passions au
travail du verre : la physique, la technologie
et la musique. J’ ai donc choisi de travailler
sur le thème des vibrations mécaniques,
c’ est à dire des vibrations sonores.
Cette énergie en mouvement a besoin de matière pour se propager et le verre par sa densité
est un matériau particulièrement sensible aux
phénomènes vibratoires. En travaillant sur ce
thème, j’ apprends à utiliser de nouvelles technologies et sciences que j’ aimerai faire découvrir à travers mon projet. En conjuguant le côté
ludique et universel de la musique à la science,
j’ espère inciter un grand nombre de personnes
à s’ intéresser au fonctionnement du monde
qui les entoure et pourquoi pas susciter des
vocations dans les domaines de la recherche.

22

Glossaire
Archet ; Baguette droite et flexible, tendue de crin, utilisée
pour faire vibrer les cordes d’ instruments tels que les violons.

Sources
Site internet :
http://www.futura-sciences.com

Friction : signifie l’action de frotter. Ce terme désigne également la force qui oppose une résistance au mouvement
lorsque deux surfaces sont au contact l’une de l’autre.

http://www.ipnl.in2p3.fr

Electroaimant : Dispositif produisant un champ
magnétique grâce à un système de bobines à
noyau de fer parcourues par un courant électrique.

http://www.editions-fuchsia.eu

Electromagnétisme : Partie de la physique qui traite
des relations entre l’ électricité et le magnétisme.

http://geobio-logique.com

Piézoélectrique : La piézoélectricité est la propriété
de certains corps de se polariser électriquement
(générer un champ ou un potentiel électrique)
sous
l’action
d’une
contrainte
mécanique.
Théorie de la relativité générale : Théorie permettant d’ expliquer et de prévoir certains phénomènes se produisant à l’ échelle d’une planète.
Mécanique
quantique
:
Théorie
permettant d’ expliquer et de prévoir certains phénomènes ce produisant à l’ échelle de la particule.

http://www.je-comprends-enfin.fr

http://www.matierevolution.fr

http://www.vivrenrythme.com
https://fr.wikipedia.org
http://www.interface-z.fr

Autre :
Madame Marie professeur de physique.
Youtube, vidéos sientifiques
Documentaires.
50 clés pour comprendre la physique.
(livre)

24

25



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