En collaboration avec Cosmos Materia, le média matériau-centré.

Bien avant l’invention des appareils électroniques, l’être humain s’est servi des ressources naturelles pour produire, amplifier et moduler le son. Dans ce premier article de cette mini-série, nous vous proposons de plonger ensemble dans ce premier chapitre de cette aventure sonore qui traverse la Préhistoire jusqu’à l’Antiquité, où la compréhension progressive des propriétés physiques de la matière (densité, rigidité, élasticité, friction, absorption et atténuation) a permis de façonner outils et instruments pour communiquer, transmettre, célébrer ou fasciner. Les sons produits et leurs qualités sont intimement liés aux matériaux : pierre, os, bois, peau, et plus tard cuivre, argile ou autres métaux.

Allons-y pour cette exploration de l’évolution du son à travers les matériaux !

Le bois, la pierre, l’os et la peau : l’émergence d’un paysage sonore

La Pierre : densité, rigidité et percussions

Les premières traces d’instruments ou d’outils sonores coïncident avec l’utilisation intensive de la pierre durant le Paléolithique. D’un point de vue chimie des matériaux, la pierre fait partie des céramiques cristallines. Pour l’anecdote, les pierres volcaniques sont également des céramiques, cependant de structure vitreuse ou en d’autres termes : amorphe. Sous l’angle de la physique des matériaux, la grande densité (le rapport entre la masse et le volume d’un matériau) et la rigidité (la capacité d’un matériau à s’opposer à la déformation lorsqu’il est soumis à une contrainte mécanique, également appelé : module de Young) de la pierre en font un très bon transmetteur de vibration lorsque celle-ci est frappée ou raclée.

Les humains préhistoriques ont façonné galets, silex ou roches pour en faire des percussions, appelées « lithophones » lorsqu’elles étaient utilisées pour générer des sons. La structure cristalline, c’est-à-dire l’arrangement régulier des atomes qui se répète dans les trois dimensions de l’espace de certains minéraux, et le module de Young élevé de la pierre expliquent sa capacité à fournir un son pur, résonant et puissant sur de longues distances.

L’os et l’ivoire : élasticité, allègement et résonance

L’os et l’ivoire sont présents dès les tout premiers outils de l’humanité. Pour un scientifique des matériaux, l’os et l’ivoire sont des composites naturels constitués de fibres de collagène renforcées par des cristaux d’hydroxyapatite (céramique biominérale), en d’autres termes des matériaux qui associent souplesse et rigidité. Si nous les comparons à la pierre, ils possèdent une densité plus faible et une élasticité, c’est-à-dire la capacité du matériau à reprendre sa forme après déformation, apportée par les fibres de collagène.

Ces propriétés matériaux ont permis à l’humanité de fabriquer des instruments plus délicats et élaborés, comme les flûtes paléolithiques, dont certaines sont taillées dans des os d’oiseaux ou de mammouths, et datées jusqu’à 35 000 ans. Le module de Young élevé de l’os assure une bonne transmission de l’onde sonore, tandis que la variété anatomique élargit la palette des sonorités possibles. L’os sert aussi comme retouchoir (outil pour façonner la pierre) et parfois comme racloir pour des effets rythmiques.

La peau : élasticité, absorption et émergence des tambours

La peau animale tendue sur un cadre en bois ou en os constitue un des premiers procédés de création de membranes sonores ; ancêtre des tambours. Très élastique grâce à une composition chimique faite de collagène (un polymère protéique fibrillaire) d’élastine, d’eau et de lipides, la membrane de peau permet d’obtenir des sons graves et puissants, dont la hauteur dépend de la tension, de l’humidité et de l’épaisseur du matériau. La peau a ainsi ouvert la voie à des expressions rythmiques et communicatives inédites, très tôt dans l’histoire humaine.

Le bois : friction, souplesse et lutherie primitive

Le bois joue un rôle fondamental dans la facture des premiers tambours, arcs musicaux, rhombes et objets vibrants ou frottés. D’un point de vue scientifique, le bois est un matériau composite naturel dont les propriétés dépendent principalement de la proportion de trois constituants : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine.

Cela conduit, dans l’usage du bois, à distinguer deux grandes catégories d’arbres : les feuillus (chêne, hêtre…) et les résineux (sapin, pin…). Une faible densité, associée à un module de Young, fournit à la fois flexibilité et résistance. Cela en fait un excellent matériau pour transformer l’énergie mécanique en énergie vibratoire, soit par percussions, soit par friction (arcs à friction, racleurs, rhombes).

Propriétés physiques des matériaux appliquées au son

L’émergence de ces objets et instruments s’appuie sur une observation empirique, mais fine, des propriétés physico-chimiques de la matière et des matériaux ; une observation que nous partageons aujourd’hui pour mieux comprendre, ensemble, ce qui les fait vibrer :

• Densité : les pierres les plus denses transmettent mieux les ondes percussives ; l’os, l’ivoire et le bois, plus légers, vibrent quant à eux par résonance.
• Module de Young (ou rigidité) : plus il est élevé, plus la vibration se propage vite et sans distorsion (la pierre, l’os sec).
• Élasticité : fondamentale pour la peau et le bois (membranes, archets, arcs musicaux).
• Friction : indispensable dans les instruments frottés ou raclés (le bois – rhombes/ la peau).
• Absorption et atténuation : la peau absorbe une partie de l’onde, adoucissant le timbre ; le bois amortit modérément, la pierre très peu.

Inventions marquantes et transmission des savoir-faire

À travers les âges, la découverte des relations entre les matériaux et leurs propriétés d’usages a permis la conception d’instruments musicaux :

• Lithophones préhistoriques : utilisation de pierres précisément sélectionnées pour créer une échelle sonore par percussion.
• Flûtes d’os et d’ivoire : maîtrise du perçage, du forage et de la répartition des trous pour moduler la fréquence.
• Arcs musicaux et rhombes de bois : prédécesseurs des cordophones et premiers générateurs de sons harmoniques et rythmiques. 
• Tambours primitifs en peau/bois : technique de tension membranaire, premières expériences sur la modulation du timbre par humidité/température.

Afin de vous permettre de suivre l’apparition de ces premiers instruments, nous avons disposé ceux-ci dans une frise chronologique reliant à la fois l’avancée du son, l’évolution technologique et la science des matériaux.

Fonction sociale, symbolique et évolution culturelle

La maîtrise des matériaux acoustiques (primitifs) n’est pas seulement technique, elle accompagne des besoins essentiels : communication à distance, rituels, fêtes, marquage du territoire, transmission de traditions orales. En retraçant cette évolution, nous redécouvrons comment l’instrumentation s’est progressivement complexifiée à mesure que la connaissance de la matière s’est affinée. L’Antiquité marque un passage où les civilisations humaines maîtrisent déjà parfaitement l’utilisation de métaux (cuivre, bronze), la céramique sonore et la géométrie des chambres résonantes (lyres, trompettes, harpes, orgues hydrauliques).

Conclusion

La Préhistoire et l’Antiquité documentent une première révolution sonore : la sélection, l’expérimentation et la transformation des matériaux en fonction de leurs capacités vibratoires. Plus tard, les instruments se complexifient mais perpétuent un même savoir-faire. En revisitant ces étapes, nous observons comment le passage d’une acoustique brute (pierre, os) à une acoustique maîtrisée (peau tendue, boiseries travaillées, alliages métalliques) éclaire la façon dont l’humanité s’est servie de la matière pour inventer les premiers répertoires du son, prémices à l’industrialisation et à la technologie moderne qui suivront.

Au rythme des sons et des matériaux

Retour sur l’histoire des sons et des matériaux : une collaboration inédite pour vous offrir une entrée dans l’univers de la radio et de l’audio, à la fois scientifique, sensible et ouverte sur la matière et les matériaux. Cette mini-série est conçue dans le cadre du programme Sandbox Radio France, en collaboration avec la Direction du Numérique et Stratégies d’innovation (DNSI) de Radio France, ainsi que le média Cosmos Materia.

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