Id-phys341 mm _09_02 13/02/06 17:18 Idées de page 98 or7 physique Sni* to View Sur un air de flûte L’instabilité des jets d est au cœur de la production des sons dans les orgues et les flûtes. On pourrait croire que ce biseau aurait pour effet de diviser le jet d’air en deux, dans le sens de l’épaisseur. Des prises de vue réalisées en mêlant de la fumée à l’air ont montré qu’il n’en est rien. Le jet garde son intégrité et, telle une anche vibrante, il effectue des oscillations qui le font passer périodiquement de part et d’autre de l’arête du biseau, e qui s’accompagne de tourbillons.
En raison de cette turbulence, une partie de l’énergie du jet d’air se retrouve sous la forme d’ondes acoustiques, perçues comme un son dont la hauteur correspond à la fréquence des oscillations du certain seuil. Ensuite, lorsqu’elle augmente, la fréquence des oscillations s’accroit peu à peu, puis le son passe brusquement d’un son grave à un son plus aigu, et ainsi de suite. Comment expliquer cela ?
Lord Rayleigh a montré, dès 1894, qu’un jet d’air est fondamentalement instable : la moindre perturbation du jet ‘amplifie exponentiellement le long de la direction de propagation jusqu’à le rendre turbulent et tourbillonnaire (même si l’écoulement était régulier au départ). Il suffit de se pla- our produire une note, le trompettiste fait vibrer ses lèvres, le clarinettiste une anche de roseau et le violoniste une corde. Qu’en est-il du flûtiste ou de l’organiste ? Aucune pièce n’est ici mobile, que ce soit dans l’instrument ou au niveau de la bouche du musicien, et pourtant un son mélodieux est produit.
Ce prodige est-il dû au seul tuyau de l’instrument, que l’on retrouve ans l’orgue, la flûte traversiere ou la flûte de pan ? Au XIXe siècle, le physicien allemand Carl Friedrich Sondhausson a montré que non. En fait, le son naît de la vibration d’un jet d’air qui interagit avec un obstacle en forme de biseau. Le biseau ne fend pas l’air Que fait l’air dans une flûte à bec (voir la figure 1) ? Le musicien souffle dans une fente horizontale, qui forme un canal d’où jaillit un jet d’air large d’un centimètre et demi et très peu épais (de l’ordre du millimètre), analogue au jet d’eau obtenu en PAG » rif 7
