Les violons bien vernis jouent plus longtemps

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Sarah Louise Lämmlein de l’Empa avec le chercheur du PSI David Mannes du L

Sarah Louise Lämmlein de l’Empa avec le chercheur du PSI David Mannes du Laboratory for Neutron Scattering and Imaging du SINQ, la source de neutrons utilisée par les collaborateurs pour l’étude des vernis de violon. Image: Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic

Sur la base d’une nouvelle étude, des chercheurs recommandent de continuer à vernir les violons. Ces scientifiques ont recouru à l’imagerie neutronique à l’Institut Paul Scherrer PSI pour étudier l’influence des différents types de vernis sur le bois de l’instrument. Leurs travaux montrent qu’en plus de protéger de l’humidité, le vernis influence bel et bien les propriétés sonores du bois. Ce qui ne veut pas dire qu’il faille vernir exagérément: «Vernir autant que nécessaire et aussi peu que possible», telle est la conclusion des chercheurs. Leurs résultats de recherche ont été publiés dans la revue spécialisée "Scientific Reports".

Les luthiers vernissent la surface extérieure des violons pour rendre le bois plus résistant à l’usure, à la saleté et à l’air ambiant. La procédure de vernissage se compose de plusieurs traitements préliminaires et du vernis proprement dit: ces produits sont appliqués les uns après les autres en couches successives. D’habitude, le vernis de finition est à base de résines naturelles dissoutes dans l’huile ou l’alcool.

Des chercheurs de l’Institut Paul Scherrer PSI ont analysé à l’ETH Zurich et à l’Empa (Laboratoire fédéral d’essai des matériaux et de recherche) la manière dont les différents systèmes de vernissage de violon influencent l’absorption d’humidité par le bois. Ils ont utilisé la source de neutrons SINQ au PSI pour radiographier des échantillons de bois vernis et non vernis. Leur conclusion: «Seule une procédure de vernissage complète avec prétraitement et vernis est vraiment efficace», résume Sarah Lämmlein de l’Empa, première auteure de l’étude. Les résultats de ces travaux montrent en effet qu’une fois verni de la sorte, le bois absorbe moitié moins d’humidité de l’air ambiant qu’un échantillon non traité.

L’absorption et le dégagement d’humidité peuvent en effet endommager sérieusement un violon: le gonflement et le retrait du bois entraînent des déformations ou des fissures. L’humidité du bois modifie aussi les propriétés sonores de l’instrument.

Échantillons de bois pour la mesure : complètement non traité (à gauche), divers agents de prétraitement (au centre), vernis à base d’alcool (2e à partir de la droite) et vernis à base d’huile (à la droite). Image: Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic

Pour leur étude, les chercheurs ont traité des morceaux de bois utilisés pour la fabrication de violons, en appliquant sept combinaisons différentes d’agents de prétraitement et de vernis de finition. La plupart des recettes de vernis utilisées par les luthiers sont secrètes. Pour faire son choix, Sarah Lämmlein s’est donc fait aider par la luthière zurichoise Ulrike Dederer. Les agents de prétraitement pénètrent dans le bois, alors que le vernis à l’huile ou à l’alcool se dépose à la surface sous la forme d’une couche qui peut atteindre jusqu’à 70 micromètres d’épaisseur, ce qui correspond à l’épaisseur d’un cheveu humain.

Une fois les échantillons séchés, les chercheurs les ont placés dans une chambre climatique où ils les ont exposés successivement à une humidité relative de 95% et de 35%. Utilisant la source de neutrons SINQ, les chercheurs ont inspecté les échantillons par imagerie neutronique pendant qu’ils absorbaient puis dégageait de l’eau dans la chambre climatique. Les neutrons sont des particules sans charge électrique, qui sont déviés de leur trajectoire rectiligne par les atomes d’hydrogène, comme ceux que contient l’eau.

«Les neutrons sont très sensibles à l’hydrogène. C’est ce qui nous a permis de visualiser à l’échelle micrométrique les endroits où le bois absorbait ou dégageait de l’eau, à quelle vitesse et en quelles quantités», explique David Mannes du PSI. L’imagerie neutronique a pour particularité de fonctionner de manière non destructive; elle permet donc d’analyser des objets dans leur totalité, sans les endommager, mais aussi d’observer et de quantifier des processus dynamiques au sein d’un échantillon. Cette méthode est accessible seulement dans quelques centres de recherche dans le monde et, en Suisse, uniquement au PSI.

Des échantillons de bois sur lesquels seuls les agents de prétraitement ont été appliqués, mais pas le vernis, ont été utilisé afin de simuler un violon très usé dont la couche de vernis supérieure se serait écaillée. C’est en effet ce qui se produit avec le temps aux endroits les plus sollicités, comme le fond de l’instrument que le violoniste presse contre son épaule. Les échantillons correspondants ont absorbé relativement rapidement d’importantes quantités d’eau du fait qu’ils étaient exposés à l’air pratiquement sans protection. «Cela peut donc valoir la peine de faire réappliquer du vernis sur ces zones usées de l’instrument», relève David Mannes. Si le bois absorbe des quantités d’humidité différentes suivant les endroits, cela peut s’avérer particulièrement dommageable, car le phénomène génère au coeur du bois des contraintes mécaniques qui favorisent énormément l’apparition et la progression de fissures.

Chaque fois qu’un violon est transporté, par exemple dans une salle de concert, il est exposé à une humidité ambiante variable. Il ne s’agit cependant pas de la seule source d’humidité à laquelle le bois du violon est exposé. En effet, le vernis protège également l’instrument de la transpiration du violoniste. Dans le cadre de cette étude, les vernis à huile et à alcool ont offert une protection comparable contre l’humidité.

Echantillons de bois différemment vernis devant la chambre climatique dans laquelle ils seront ensuite examinés. Image: Paul Scherrer Institute/Mahir Dzambegovic

En matière de vernissage, il ne faut toutefois pas exagérer. Telle est la conclusion des chercheurs après une analyse modale des vibrations. Les mesures montrent en effet que multiplier ou épaissir les couches de vernis entraîne des modifications du comportement vibratoire des échantillons de bois. «Chaque matériau vibre de manière différente et le vernis atténue particulièrement ces vibrations», détaille Sarah Lämmlein. Les vibrations naturelles des plaques de bois se décalent alors en fréquence et sont fortement atténuées. De ce fait, un violon verni ne sonne pas comme un violon qui n’est pas verni.

«Il faut trouver un équilibre et réduire le vernis au minimum», poursuit Sarah Lämmlein. Traditionnellement, les luthiers ne vernissent que l’extérieur du violon et non les surfaces à l’intérieur de la caisse de résonnance. Les analyses des chercheurs confirment que cette manière de procéder reste la méthode la mieux adaptée. Car en fin de compte, la surface interne est moins directement exposée à l’air et, surtout, elle n’est pas exposée à la transpiration du violoniste.

Le fait que le son d’un violon soit affecté par son vernissage signifie que le luthier doit prendre en compte ces effets au moment de la fabrication, sans quoi il n’obtiendra jamais le son souhaité pour son instrument.