L'orgue de barbarie de Bernard et Philippe

 Suite à des questions récurrentes sur le sujet il semble indispensable de mettre un article sur cet outil que l'on fabrique soi-même facilement.

Pourquoi un terme comme pèse-vent? Parce qu'en facture d'orgue on utilise l'air mais on le désigne avec le mot "vent" depuis la rédaction du livre le dom Bedos qui date de 1770, ça fait chic et initié entre facteurs (qui eux ne transportent pas de courriers).

Même si il lui ressemble ce n'est pas un baromètre qui mesure la pression atmosphérique et qui a une extrémité bouché et vide. Ni un anémomètre qui ne mesure que la vitesse du vent (même si le vent génère une pression par la vitesse, un anémomètre mesure l'énergie cinétique et non pas la pression qui est statique). On peut à la rigueur parler de manomètre mais ce terme générique s'utilise plutôt par des techniciens qui n'ont pas de pratique dans la facture d'orgue.

En fait il fonctionne plus comme le niveau à eau des maçons, mais on va lui appliquer une pression sur l'une des branches.

 
la version brute fabriquée à la hache:

Les  diapasons de flûtes sont calculés avec des constantes. La constante de pression est fixée dans les tableaux au même titre que le nombre d'Ising.

Cette pression est généralement mesurée à la sortie de la réserve (là ou elle est stabilisée par les ressorts et la soupape d'échappement) même si de nombreuses discussions sur les forums concluent que c'est dans la chambre de la flûte que devrait être prise cette pression, ce n'est pas une bonne solution. En effet il faut tenir compte d'une perte en ligne due aux coudes et tuyaux entre la réserve et la flûte et aussi à cause de la présence de la soupape ou de la vanne à membrane qui augmentent les résistances à l'écoulement de l'air c'est l’effet venturi. Mais comme il existe aussi une relation entre la pression dans la flûte et la pression dans la réserve cette pression une fois fixée doit rester constante dans la réserve sinon la fréquence de la flûte varie et l'accord ne tient plus. L'orgue joue faux et la tentation de ré-accorder avec une pression insuffisante risque de décaler petit à petit l'harmonisation.

Cette pression doit être connue et notée c'est une caractéristique de l'orgue je recommande donc de la graver quelque part sur l'orgue.

Dans les faits un orgue qui joue faux n'est pas toujours désaccordé mais plus souvent ses ressorts sont simplement fatigués et doivent être retendus pour retrouver sa pression initiale de service. Pour mesurer l'effet de cette force exercée par les ressorts cet outil spécifique est indispensable (le pèse-vent).

Comme dit un peu plus haut, il faut connaitre cette pression! Soit vous vous en souvenez soit si il ne s'agit pas de votre orgue il vaut mieux qu'elle soit gravée sur l'orgue.De même pour son orgue si on le prête à un autre amateur qui se croit autorisé à mettre les mains dans la machine...

Son fonctionnement est simple mais comporte un piège pour les débutants ou les étourdis:

Un tuyau PVC transparent en forme de U est fixé sur une planche graduée et partiellement rempli d'eau (colorée quelquefois pour faciliter la lecture).
la planche est maintenue verticalement par un pied large et lourd ou avec une pince sur un montant pour éviter le renversement de l'ensemble. A l'équilibre le niveau de l'eau est identique dans les deux branches du tuyau comme dans un niveau à eau de maçon c'est le niveau 0.
On applique la pression sur l'une des branches ce qui y fait descendre le niveau de l'eau et monter dans l'autre branche jusqu'au nouvel équilibre.
La différence de niveau entre les deux ménisques de l'eau à l'intérieur du tuyau donne la pression en cm d'eau. et comme la section est constante le niveau est  monté autant d'un coté qu'il est descendu de l'autre.

Donc les graduations à partir du 0, (h sur la figure) doivent être espacées de 5 mm pour avoir une lecture directe (d sur la figure) en Cm d'eau puisque si le niveau monte de 5mm d'un coté il est descendu aussi de 5mm de l'autre et la différence entre les deux est bien d'1 cm.

L'erreur courante qui consiste à graduer en cm et lire à partir du zéro conduit donc à doubler la pression ce qui est rédhibitoire et pose des problèmes pour l'harmonisation.

De toute façon dans ce cas le doublement de la pression conduit à ne pas pouvoir accorder à la note prévue car généralement le tampon sort du corps de flute avant d'obtenir la note...

Un exemple de très joli pèse-vent par Marc mais malheureusement semble-t'il gravé en cm

Pour remplir le tuyau sans insérer des bulles qui entraînent des erreurs. Il suffit de tremper une extrémité dans l'eau et d'aspirer par l'autre jusqu'à un repère (comme avec une pipette de chimie) en maintenant l'extrémité sous l'eau puis de la boucher avec un doigt pour la sortir.

Puis en tenant cette extrémité au plus haut relâcher pour que l'eau remplisse le U. ensuite pour amener exactement les ménisques au 0 il suffit de faire monter ou descendre l'une des branches en allongeant ou raccourcissant le coude du U pour amener le niveau d'équilibre des ménisques sur le zéro des graduations de lecture si ces dernières sont fixes.

Ou encore faire un carton gradué (de 5 en 5 mm) pour une seule branche et glissant pour caler le 0 sur le niveau d'équilibre au choix.

Il reste à trouver une prise que l'on aura pris soin de rendre accessible et muni d'un robinet ou d'un bouchon. Personnellement j'utilise un tuyau venant d'une vanne que je débranche de la flûte de pan pour le raccorder au pèse-vent.

et après avoir obturé tous les trous de la flûte de pan avec un carton engagé sans être pris par le rouleau entraîneur, je tourne la manivelle et il ne reste plus qu'à faire une lecture de la pression.

Un pèse-vent à lecture directe  mais plus compliqué; celui de PP.

L'unité de pression dans le système international c'est le pascal= 1newton sur 1 m².

Cette unité est très faible et on utilise plutôt le Kilo pascal.

En facture d'orgue et pour des raisons pratiques d'étalonnage on utilise plutôt le Cm d'eau.

Ce qu'il nous faut savoir faire, c'est changer d'unité, par exemple pour convertir des pascals du système internationnal en centimètre d'eau  de notre pèse-vent (et réciproquement) sans se tromper d'un ou plusieurs zéros! notamment et gardant en mémoire qu'1 mètre c'est déjà 100 centimètres.

1 Cm d'eau = 98,0665 Pa que l'on arrondit souvent en 1cm = 100 Pa.  Inversement:

1 Pa = 0,010197 Cm d'eau donc un Pascal est une unité très faible...

Tout le monde y compris les lecteurs de ce blog pensent connaitre ce qu'est une pression!

Mais pouvez-vous répondre précisément à ces questions:

Quelle est la différence entre la pression statique et la pression dynamique?

Que représente alors ce qu'on désigne par la pression totale?

Comment la compressibilité de l'air intervient dans ces formules?

Si vous ne savez pas répondre il est très probable que vous ne savez pas utiliser correctement votre pèse-vent...

Mais une fois l'essentiel compris on peut aller un peu plus loin en utilisant les progrès de la physique.

Le premier à avoir utiliser ce principe pour en savoir un peu plus sur les pressions est Mr Pitot qui en 1732 a inventé le tube Pitot.

La célébrité du tube Pitot vient de sa mise en cause dans nombre de crashs d'avion, lorsque des sondes pitot donnent des indications erronées suite aux conditions climatiques comme le gel ou la grêle.

Les ingénieurs aéronautiques dans un souci de sécurité ont doublé les sondes mais pas utilisé le GPS pour donner une indication complémentaire en cas de panne par souci d'économie...

Depuis il a été utilisé, développé et amélioré par Henry Darcy et Ludwig Prandtl dans les domaines de l'hydraulique et la thermodynamique.

En gros il suffit de placer les deux extrémités d'un pèse-vent en tenant compte de l'orientation et de l'emplacement dans le conduit pour les faces d'extrémités de ce tube. Du coup on ne parle plus de "la pression" mais, des différents types de pression:  pression totale, de pression dynamique et de pression statique!

ou plus "simplement" avec une sonde pitot

Ce qui permet aussi par application de formules et après un étalonnage de déduire la vitesse du fluide en question. D'ailleurs on doit ici aussi parler des vitesses: moyenne, maximum, au centre , près des parois, etc...

Ce qu'il nous faut savoir faire, c'est changer d'unité, par exemple comme convertir des pascals du Système International en centimètre d'eau (et réciproquement) de notre pèse-vent sans se tromper d'un ou plusieurs zéros! notamment en gardant en mémoire qu'1 mètre c'est déjà 100 centimètres.

Sachant que :  et donc que le .

1 Cm d'eau = 98,0665 Pa que l'on arrondit souvent en 1cm = 100 pa.  Inversement:

1 Pa = 0,010197 Cm d'eau donc un Pascal est une unité d'ordre très faible pour nos appareils ...

Pour moi la difficulté c'est de savoir distinguer dans toutes les équations celles applicables à un fluide incompressible et celles applicables à l'air compressible, mais aussi quand et pourquoi dans certaines on peut négliger cette compressibilité?

Il m'est donc difficile d'expliquer simplement ici quelque chose qui justement ne l'est pas. Mais je sais que certains spécialistes peuvent faire mieux que moi!

Comme on peut le constater un objet aussi simple qu'un pèse-vent demande de se pencher sur une tout un pan de la dynamique des fluides qui est très loin d'être clair pour tous alors que tout le monde pense savoir ce qu'est la pression; alors qu'il y a des pressions...et non pas dépression.