Les techniques de simulation physique sont utilisés dans tous les domaines industriels : conception des pièces d’avion, d’automobile, d’équipements électroménagers, d’appareils médicaux… et même de vos tubes de dentifrice ou de vos brosses à dents. Alors pourquoi pas les instruments de musique ? C’est un peu la question que se sont posés deux jeunes chercheurs en acoustique en 2016, et c’est ce qui fait que Syos a été créé. On vous présente aujourd’hui un autre métier Syos : l’ingénieur simulations.
En quoi ça consiste ?
Notre principe chez Syos, c’est d’étudier scientifiquement l’instrument de musique pour comprendre comment ses propriétés vont influencer le son et le confort de jeu. On peut alors modéliser le fonctionnement de l’instrument pour pouvoir prédire ses qualités avant même de le fabriquer. Un modèle est un programme qui simule le comportement de l’objet à partir d’équations décrivant les phénomènes physiques.
Dans le cas de Syos, nous travaillons sur des modèlisations du comportement des écoulements d’air à l’intérieur du bec. Ces modèles permettent :
-
De mieux comprendre la physique des becs : par exemple, comment l'air est dévié par telle ou telle forme de plafond, et quelles vont être les conséquences sur le son.
-
De prédire les propriétés acoustiques d'un bec sans avoir à le fabriquer et le faire tester à 20 ou 30 musiciens pour en tirer des statistiques pertinentes.
-
De déterminer par le calcul les améliorations à apporter à un bec pour modifier le son dans un sens ou dans l'autre.
Mais comment ça marche ?
Il s'agit de simuler le passage de l'air dans une cavité ou sur une surface. Ces méthodes sont très utilisées dans l'industrie pour la conception de pièces d'automobiles, d'avions...
Si vous avez déjà fait un peu de sciences physiques, vous devez avoir étudié des phénomènes pour lesquels existent des équations décrivant ce qui se passe : un objet qui tombe ou un pendule qui se balance (Gravité), de l'air qui est comprimé (loi des Gaz parfaits), du courant dans un circuit électrique (loi des noeuds/loi des mailles)...
Cependant la plupart des phénomènes physiques sont plus complexes et ne peuvent pas être décrits par une simple formule mathématique. C'est le cas des écoulements d'air ou d'eau, ou même des contraintes mécaniques qui s'exercent dans une pièce. Pour modéliser ces phénomènes, on utilise des techniques plus poussées.
Les éléments finis
Les éléments finis sont une méthode numérique de résolution d'équations physiques, que l'on utilise lorsque les équations régissant le phénomène sont complexes et ne peuvent pas être résolues par des opérations mathématiques. Voici une explication simplifiée de cette méthode :
-
On découpe l'objet à étudier en plein de très petits morceaux (on appelle ça un maillage)
-
Dans un morceau, les équations physiques peuvent être simplifiés. On peut calculer plus simplement la pression ou la vitesse de l'air.
-
Le résultat de ce qui se passe dans un morceau va servir à déterminer ce qui se passe dans les morceaux suivants.
Les becs de saxophone et de clarinette
Dans le cas d'un bec de saxophone ou de clarinette, on peut utiliser cette technique pour simuler un écoulement d'air à travers la cavité intérieure. On s'intéresse en particulier à la pression acoustique et à la vitesse de l'air dans le bec. Selon la forme géométrique, on aura des résultats différents. Le plus long est de faire le maillage, c'est-à-dire de découper le bec en petits morceaux. Il faut choisir la taille des morceaux, leur forme (qui ne seront pas les mêmes à tous les endroits du bec...).
Ensuite, il faut lancer la simulation : le calcul peut occuper un ordinateur qui tourne à fond pendant 24 heures. Mais ce n'est pas tout ! Il faut aussi tenir compte de l'anche qui vibre et modifie donc le comportement de l'air : c'est ce qu'on appelle les intéractions fluide-structure, et c'est ce qui rend les modèles beaucoup plus complexes (et dans ces cas, on peut avoir des calculs qui prennent plusieurs jours ou plusieurs semaines, selon les ordinateurs que l'on utilise).
C'est le moment de vous donner la fiche de poste :
| 25% | Recherche bibliographique, étude des phénomènes physique, recherche de nouvelles technologies de simulation |
| 25% | Construction des modèles, maillage en éléments finis et réglages des paramètres de simulation |
| 50% | Traitement des données, analyse des résultats de simulation, mise en regard des données de simulation avec les mesures et les résultats de séances de test avec les musiciens |
Si vous aimez la science et que vous aimez l'idée qu'un ingénieur ait fait passer numériquement une simulation d'air à l'intérieur de votre géométrie de bec de saxophone ou de clarinette, c'est le moment de commander un bec Syos ! Vous pourrez parler à vos collègues musiciens d'éléments finis et ça, c'est classe !
Voir les autres métiers de Syos :
Les métiers Syos : le Sound Shaper Les métiers Syos : le designer 3D
