CONCEPTION ET REALISATION D’UNE CLOCHE Benoit LHERMITTE Claire SCOYEZ Pauline GUERIN Benoît MATHIRON Aurélien 20/01/2017

Sommaire Cahier des charges Étude théorique Analyse de la matière première Détermination du profil 3D de la cloche Fonderie Modélisation et réalisation du battant Analyse de la cloche coulée Conclusion Benoit

Cahier des charges Objectifs : Lycée de Briançon Objectifs : Réalisation d’une cloche en Sol octave 5 Réalisation de gravures sur la cloche : « A&M 2016 – ALBERT CADIOT 1891-1916 » Option : Création d’un battant Benoit Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Qu’est-ce qu’une cloche ? Instrument dit idiophone Parties de la cloche : 1. Joug ou mouton 6.panse 2. Anses 7.pince 3. cerveau 8.bouche 4. épaule 9.battant 5. robe 10.faussure Benoit Un idiophone est un instrument de musique de la famille des percussions dont le son est produit par le matériau de l'instrument lui-même Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Composée de bronze : 78% de cuivre et de 22% d’étain fondu à 1200°C. Cet alliage est appelé Airain. Même alliage que pour les cymbales.

Onde mécanique longitudinale perçue par l’oreille Qu’est-ce qu’un son ? Onde mécanique longitudinale perçue par l’oreille Onde longitudinale : Caractéristiques du son : - Intensité + Amplitude - Hauteur + Fréquence Durée Timbre Onde sonore dans l’air Onde sonore sous forme sinusoïdale Wavelenght : λ Propagation du son : Les partiels et harmoniques : Pauline Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Harmonique n = n * Fréquence Fondamentale (Hz) Sol = 98Hz 196 Hz 294 Hz 392 Hz

Qu’est-ce qu’une note de musique ?   Gamme chromatique tempérée Pauline Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Sonogramme d’une cloche Les principaux partiels Coefficient de Partiel Le son d’une cloche Le son de la cloche résulte de vibrations radiales et axiales permettant de faire entrer la cloche en résonnance : Sonogramme d’une cloche F(Hz) Partiels Les principaux partiels Pauline Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Coefficient de Partiel Nom du partiel 1 Fondamentale 2 Nominal 0,5 Bourdon 1,2 Tierce mineure 1,5 Quinte Bourdon T(s)

Analyse de la matière première Morceaux de cloches issues d’un incendie Problématique : Nous ne connaissons pas la composition du matériau Analyse chimique du matériau par Microscope électronique à balayage (MEB ou SEM) Résultat : 10 % d’étain en masse au lieu de 20 à 24 % mais la matière est homogène Claire MEB : Un faisceau d’électrons est focalisé sur l’échantillon qui réémet d’autres électrons et des rayons X. L’analyse de ces électrons secondaires permet de déduire la topographie de l’échantillon, et l’analyse des rayons X permet de connaître la composition chimique. Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion 8 8

Détermination du profil 3D de la cloche -> Détermination du profil de la cloche d’essai avec MMT Aurel Epaisseur peu fiable MMT REIMS Manque de points Mauvaise utilisation de la machine (mesure et non pas scan) Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion MMT Manque de précision Absence des extrémités 9 9

Détermination du profil 3D de la cloche -> Détermination du profil de la cloche d’essai avec scanner 3D Défauts de forme Scan de l’intérieur difficile Réalisation d’un noyau en résine Aurel Laser MakerBot Digitzer Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Centrage compliqué Lissage nécessaire

Détermination du profil 3D de la cloche -> Analyse ANSYS de la cloche d’essai Nombre de modes calculés Eléments de maillages : SOLID186 -> Analyse CATIA Aurel Cloche en cours de maillage après importation sans défaut Utilisation tétraèdres 10 nœuds (parallélogramme en 3D) Parallélogramme a 24 nœuds pour les formes complexes Maillage de surface et de volume Maillage lineaire sur ansys  différence de résultat Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Occurrence 7 Occurrence 9

Détermination du profil 3D de la cloche Aurel Fréquence théorique de 1568 Hz Calcul rapide Catia rapport de 17 pages avec tous les paramètres Elements maillage paraboliques et non lineaires 0 car analyse libre, pas de réponse des 3 rotations et 3 translations Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Analyse et détermination du mode de coulée -> Utilisation du logiciel NovaFlow Premier mode de coulée Mode de coulée choisi Canal de coulée Event Attaques *6 Retassures Aurel Retassure : Défaut pouvant apparaître lors du refroidissement d'une pièce, sous l'effet du retrait. Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Présence de retassures Problème de suppression des canaux de coulée

Modélisation et réalisation du moule -> Création du modèle sous CATIA -> Usinage et collage du modèle en polystyrène Usinage du modèle à la stratoconception Boite à noyau - Prise en compte du retrait du matériaux par un grossissement coefficient : 1,5% Plan de joint Cône de centrage Boite à noyau Modèle extérieur Claire Polystyrène 30 mm d’épaisseur Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Plan de joint Cône de centrage Modèle extérieur

Modélisation et réalisation du moule -> Création des marquages de la cloche à l’aide de l’imprimante à tampon Imprimante à tampon Lettres imprimées et posées sur le modèle Modèle extérieur Lettres imprimées Claire Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Modélisation et réalisation du moule -> Création du moule en sable Moule face extérieure 1ère partie face extérieure + canal Cône de centrage du noyau Moule face extérieure Perçage du jet de coulée Boite à noyau Modèle rempli de sable Noyau Cône de centrage noyau Noyau dans cône de centrage Benoit Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Coulée de la cloche -> Première coulée de la cloche Moule prêt pour coulée Cloche après coulée Benoit Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Cloche brute de fonderie Coulée de la cloche -> Deuxième coulée de la cloche Benoit Décochage : Séparer sable du moule Débourrage : Extraire le sable contenu à l’intérieur de la cloche Dégrapage : Couper le système de coulée Déssablage Ebarbage : retirer les traces de la coulée sur la cloche Ebavurage Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Cloche brute de fonderie Cloche polie 18 18

Modélisation et réalisation du battant L = 148mm Battant modélisé Ø 27mm Détermination longueur (Acoustics of bells book) Pauline Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

Modélisation et réalisation du battant -> Création du programme d’usinage du battant Programme créé sous Catia : Lathe machining Usinage en deux phases : Brut Phase 10 Pauline Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion Phase 20

Modélisation et réalisation du battant -> Usinage du battant -> Réalisation du système de maintien Claire Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

10 minutes sans agitation Bronzage du battant Claire Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion 15 minutes à 800°C 10 minutes sans agitation

Analyse de la cloche coulée -> Mesure des fréquences F (Hz) 1626 Hz Le Sol 5 exact est à 1568Hz Erreur de + ou - 3% Log (dB) Benoit Fondamentale : 1626 Hz Quinte (1,5Fond) : 2293 Hz Harmonique quinte : 1,5*1,5 : 2,25  2,25*Fond  3440 Hz Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion -> Analyse chimique Cu à 81 % Sn à 19 % Cohérent 23 23

Conclusion -> Projet abouti -> Respect du cahier des charges -> Enrichissement personnel -> Travail d’équipe Claire Cahier des charges Cloche ? Son ? Note ? Son cloche Analyse MP Profil 3D Mode coulée Moule Coulée Battant Analyse cloche Conclusion

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