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

Notre exploration temporelle du son et des matériaux nous amène à la révolution industrielle du XIXe siècle et à la naissance du saxophone comme nous l’avons vu la semaine dernière. Cette époque marque un basculement décisif : le son peut désormais être capturé, stocké, amplifié et massivement diffusé grâce à des innovations : la science des matériaux s’avère fondamentale. Les matériaux nouveaux et revisités tels que : cordes métalliques, membranes en mica, cire, shellac, vinyle, rubans magnétiques ; modifient radicalement le paysage sonore, tout en accompagnant l’émergence de la musique enregistrée.

De la vibration mécanique au support enregistré

Le phonographe : cire, gomme-laque et membranes

Inventé par Thomas Edison en 1877, le phonographe repose sur des cylindres d’étain puis de cire, gravés par un stylet vibrant sous l’action du son. La cire, matériau facile à graver, mais fragile mécaniquement, laisse rapidement place au shellac (ou gomme-laque en français), substance plus dure, naturelle et résistante, permettant la standardisation et la duplication. Le son, recueilli par un pavillon, est transmis mécaniquement via une membrane ; le plus souvent en mica, pour sa légèreté, sa rigidité et sa capacité à vibrer sans se rompre. Le module de Young (rigidité) du mica garantit une restitution fidèle des vibrations.

Du gramophone au vinyle : l’avènement du disque

En 1887, Émile Berliner développe le gramophone, où le sillon est gravé latéralement sur un disque plat, facilitant le stockage et la reproduction. Les premiers disques sont fabriqués à partir de shellac (résine naturelle amorphe sécrétée par l’insecte hémiptère Kerria lacca). Ce support, bien que cassant, permet de produire en série les premiers 78 tours. Dans les années 1940 à 1950, le polychlorure de vinyle (PVC), matériau polymère thermoplastique synthétique, supplante la shellac : il est flexible, résistant et, grâce à sa structure polymérique, minimise le bruit de fond et augmente la dynamique du signal. La finesse du sillon est rendue possible par la malléabilité du vinyle, ouvrant la voie au microsillon 33 tours.

J’ai une anecdote pour vous : l’évolution du gramophone nous amène jusqu’à la platine vinyle, qui utilise des têtes piézoélectriques pour convertir les vibrations mécaniques en signaux électriques. Néanmoins, si la découverte de la piézoélectricité remonte à 1880 (par Pierre et Jacques Curie), son utilisation dans les cellules de lecture des platines vinyles ne s’est réellement développée qu’à partir des années 1940, avec l’essor des platines électriques modernes.

Haut-parleur et amplification : membranes et électromagnétisme

L’innovation du haut-parleur repose sur la rencontre de la physique des membranes et de l’électromagnétisme. Les premières membranes ont été fabriquées en mica ou en papier fortement pressé, matériau léger, élastique et peu coûteux. Le bobinage du haut-parleur en fil métallique (cuivre, puis alliages spéciaux) convertit le signal électrique en mouvement mécanique. La progression de la métallurgie et la maîtrise des alliages ont ainsi permis la miniaturisation, la puissance et la fidélité croissante des haut-parleurs.

Le ruban magnétique : métal et polymères au service du son

Dès les années 1930 à 1940, le ruban magnétique (oxyde de fer sur support polyester ou acétate de cellulose ; d’ailleurs j’ai une nouvelle anecdote pour vous, l’acétate de cellulose est le matériau utilisé dans… les filtres de cigarette) transforme la captation et l’édition du son. L’oxyde de fer, matériau ferromagnétique, retient une aimantation proportionnelle aux variations du signal électrique et offre une restitution stable. La souplesse mécanique et la capacité de découpe et de montage révolutionnent la production musicale.

Applications concrètes : matériaux & technologies

Dans cette section, nous allons voir une synthèse des relations entre les technologies et les matériaux que nous avons évoquées :

• Cordes métalliques : piano moderne (acier, laiton) pour registres puissants et longue tenue sonore.
• Membranes de phonographes : mica (module de Young élevé), en celluloïd pur et en composite lamelle celluloïd, et aluminium.
• Disques : shellac (mélange gomme-laque/minéraux), puis vinylite/PVC pour tenue, flexibilité, faible bruit.
• Haut-parleurs : membranes mica et papier, puis composites polypropylène et fibres de verre
• Rubans magnétiques : oxyde de fer II et III (Fe₂O₃, puis Fe₃O₄), polymères flexibles (polyester ou acétate de cellulose) comme support.
• Tête piézoélectrique : fabriquée en céramique piézoélectrique à base de titano-zirconate de plomb (PZT), un matériau cristallin aux propriétés électromécaniques exceptionnelles, fréquemment utilisé dans ces dispositifs.
• Cylindre de phonographe : utilisation d’un feuille d’étain (tinfoil) tendue sur un cylindre (1877), d’un cylindre en cire d’un mélange de cire d’abeille, de stéarine, de savon métallique…(entre 1880 et 1900), d’un cylindre en cire « Gold Moulded » (1902 et plus) et d’un cylindre en celluloïd (entre 1908 et 1920).

Nature chimique des matériaux utilisés

En ce qui concerne la nature chimique des matériaux cités, nous vous les avons regroupés dans cette section pour plus de visibilité :

• Acier : alliage de Fer-Carbone avec un taux de carbone dans le fer ≤ 2%.
• Laiton : alliages jaunes, très ductiles et malléables, composés essentiellement de cuivre et de zinc.
• Celluloïd : matériau à base de nitrate de cellulose plastifié par du camphre, obtenu par réaction entre le nitrate de cellulose (ou nitrocellulose) et le camphre.
• Mica : céramique de la famille des phyllosilicates alumineux.
• Shellac : la gomme-laque en français, est une résine naturelle amorphe sécrétée par l’insecte hémiptère Kerria lacca. Cette résine est un agrégat de molécules indépendantes, principalement organiques, accompagné de résidus de matière minérale.
• Polychlorure de vinyle : polymère synthétique thermoplastique.
• Polyester : polymère synthétique thermoplastique et/ou thermodurcissable.
• Polypropylène : polymère synthétique thermoplastique.
• Titano-zirconate de plomb : oxyde (céramique) de structure pérovskite typique où la substitution et la déformation de la maille cubique sont à l’origine de sa propriété piézoélectrique.

Afin de vous permettre de suivre l’apparition des premières technologies de capture sonore, 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.

Conclusion

La science des matériaux est le socle qui a permis le passage d’un son éphémère à un son pérenne, stocké, amplifié et accessible en masse. En retraçant cette évolution, nous percevons comment la quête de rigidité, de souplesse, de stabilité chimique et d’adaptabilité façonne, dès cette époque, l’aventure sonore moderne.

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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