Faisons une petite pause historique pour nous consacrer aujourd’hui à faire connaissance avec la partie sonore de l’orgue : ses tuyaux.

Il existe 2 grandes familles de tuyaux, elles-mêmes divisées en catégories spécifiques.

La première différenciation qu’on peut effectuer sur un tuyau et sa manière de produire le son. Soit via un biseau faisant vibrer la colonne d’air supérieure soit via une lamelle métallique battant contre un résonateur. Dans le premier cas on parlera de jeux à bouche et de l’autre cas de jeux d’anches.

Principe des jeux à bouche.

L’air est insufflé par le pied et vient s’écouler dans une lumière et heurter le biseau entrainant la création d’une onde vibratoire dans la colonne d’air du dessus. Le tuyau émet ainsi le son  par sa bouche (et non par son extrémité haute). Un schéma ici.

Suivant des principes physiques relativement simples et parfaitement modélisés, les caractéristiques de l’onde vibratoire vont dépendre d’un certain nombre de paramètres concernant le corps du tuyau. Est-il ouvert à l’extrémité, percé en son milieu, large, étroit, long, court ?…

Dans le cas le plus répandu le tuyau sera ouvert à son extrémité, de sa longueur dépendra la hauteur de la note. Plus la longueur sera importante, plus la colonne d’air mise en mouvement sera imposante, plus l’ondulation sera lente, plus le son sera grave. C’est exactement le même principe que pour une corde pincée, si vous raccourcissez la partie vibrante, vous obtenez un son plus aigu. Et par principe physique similaire, en multipliant la longueur par deux, vous obtenez la note de l’octave du dessous.

Je ne voyais plus en pied

La hauteur donnant l’octave normale (on dira celle du piano pour simplifier, bien que l’orgue lui soit antérieur) est prise à partir de la hauteur de la colonne nécessaire à l’obtention du Do grave. Elle est de 8 pieds, qu’on notera 8’. Le pied est la mesure supposée du pied du roi qui est, en facture d’orgue, de 0,32483 mètre. La révolution n’a pas réussi à changer cela, encore aujourd’hui quand on construit des orgues partout dans le monde, les hauteurs des tuyaux sont toujours exprimées en pieds. Notre tuyau de do grave fera donc 2m56 environ de haut, sans compter le pied et la bouche.

Il est aisé de faire la relation avec les autres hauteurs : un jeu de 16 pieds sonnera  une octave dessous de celui de 8 pieds, ses tuyaux étant deux fois plus grands. De même un jeu de 4 pieds sonnera une octave au dessus etc…

Les jeux d’orgue vont généralement du 32’ au 1’ ,soit d’une taille allant de pas loin de 11 mètres pour le plus grave à 1 cm pour le plus aigu. Vous avez ici une photo extraordinaire montrant le facteur Gonzalez tenant le plus petit tuyau de 1′ devant une rangée de tuyaux de 16′ avec derrière encore, deux bouches de tuyaux de 32′ de l’orgue du Palais Chaillot.

Mais tu es bouché toi !

Un autre principe des jeux à bouches est que la fermeture de leur extrémité haute entraine une doublement de leur longueur du point de vue vibratoire. Ainsi un tuyau mesurant 4 pieds, mais bouché à son extrémité, donnera la même hauteur de note qu’un tuyau ouvert de 8 pieds.

La note ne sera néanmoins pas tout à fait la même, en effet boucher un tuyau  élimine toutes les harmoniques de rangs paires et magnifie le son fondamental toute en adoucissant le timbre.

Au contraire, l’on peut effectuer un trou au milieu du tuyau. Dans ce cas, celui-ci donnera la note suivant la hauteur à laquelle est effectuée le trou ; par contre les harmoniques seront magnifiées. On dit que le tuyau octavie. Un tel tuyau est donc de longueur double par rapport à la longueur habituelle.

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Onde stationnaire dans un tuyau fermé (gauche) ouvert (droite), mode fondamental: pression (haut) et vitesse relatives (bas) de l’air.

Les catégories de jeux à bouche

Il y a les jeux de fond. C’est la colonne vertébrale de l’orgue. Ils sont décomposés en plusieurs familles suivant leur diamètre (on dira leur taille).

Les principaux (comme les tuyaux que vous voyez en façade et qu’on dénommera montre), sont le jeu de base et possèdent une attaque franche et très lisible ils sont toujours ouverts. Ils sont construits en étain et zinc.

Les flûtes, on un diamètre plus large. Le son est plus doux. Les tuyaux peuvent être bouchés (dans ce cas on appelle cela des bourdons), en métal (alliage d’étain et de plomb appelé étoffe) ou en bois (sapin).

Les gambes, ont un diamètre très étroit. Le son prend alors une couleur ressemblant aux cordes frottées. il a une attaque très particulière, ressemblant à un coup d’archet.

ici vous trouverez les différences de sonorité flagrantes

Ensuite il y a les mutations

Les mutations ont un diamètre s’apparentant aux flûtes.  Elles possèdent cependant la particularité de jouer comme fondamentale une harmonique de la note correspondant à la touche qu’on enfonce. Ainsi par exemple en appuyant sur le Do, le tuyau jouera en réalité le sol de l’octave du dessus[1]. Il existe différentes mutations qui sont nommées suivant le rang de l’harmonique qu’elles donnent.

Les harmoniques d’un son fondamental donné (une fréquence donnée, c’est à dire le nombre de vibrations par seconde, exprimé en Hertz (Hz)) sont les vibrations mathématiquement multiples de celles du son fondamental.

Ainsi, pour une note à 100 Hz, on a les multiples correspondants: 200Hz (2x), 300Hz (3x), 400 Hz (4x), etc…1000 Hz (10x)…

Alors à chaque harmonique correspond donc un nouveau son plus aigu mais lié puisqu’ils sont multiples.

Si on prend un tuyau de 8′, et qu’on le coupe en deux, on obtient un tuyau de 4′ et un déchet de coupe qui ne sert à rien. Ce tuyau de 4′ (1.30m) donne aussi un DO mais il va deux fois plus vite (130 Hz), il est à l’octave aigüe du tuyau pas coupé. C’est aussi son premier multiple (2x) nommé premier harmonique du 8′.

On peut aussi reprendre un tuyau de 8′, et le couper en trois, on obtient un tuyau de 2,6667′ et deux déchets. On chiffre la longueur du tuyau par sa valeur en fractions, soit 8/3′, ce qui correspond à 2 pieds + deux tiers de pied, que l’on écrit 2’2/3. C’est le second harmonique du 8′

On coupe le tuyau de 8′ en 4, et on obtient un tuyau de 2′, soit 8/4′ troisième harmonique du 8′

On coupe le tuyau de 8′ en 5, et on obtient un tuyau de 1.6′, soit 8/5′, quatrième harmonique du 8′, que l’on écrit 1’3/5

On coupe le tuyau de 8′ en 6, et on obtient un tuyau de 1.333′, soit 8/6′, cinquième harmonique du 8′, que l’on écrit 1’1/3

On coupe le tuyau de 8′ en 7, et on obtient un tuyau de 1.143′, soit 8/7′, sixième harmonique du 8′, que l’on écrit 1’1/7

On coupe le tuyau de 8′ en 8, et on obtient un tuyau de 1′, soit 8/8′, septième harmonique du 8′, que l’on écrit 1′

Ainsi décomposées vous avez toutes les mutations basées sur le 8’ (on peut faire le même raisonnement pour le 16’ ou le 32’) chaque jeu est une mutation simple.

Il existe aussi les mutations composées.  Il s’agit de faire parler sur une touche un certain nombre de tuyaux simultanément reprenant ces harmoniques.  Exemple: le jeu de cornet V rangs fait parler un 8′ pour la fondamentale, puis ses 4 premières harmoniques : une octave (4′), une quinte (2’2/3), une superoctave ou quarte de Nasard (2′) et enfin une tierce 1’3/5. La tierce couronnant le tout, c’est elle qui donne sa couleur au Cornet. Le tout sur une seule touche.

ici une illustration sonore du cornet

illustration des notes jouées par un do de cornet V rangs, http://decouverte.orgue.free.fr

Enfin il y les mixtures ou plein-jeux

Le couronnement harmonique de l’orgue est constitué de tuyaux de principaux, très aigus, placés à plusieurs pour une seule note (comme pour les mutations composées). On fait parler l’octave de la fondamentale, puis la quinte au-dessus, puis encore une octave, et encore une quinte. On peut aller ainsi à 6 rangs ou même plus. Comme ils sont à chaque fois plus aigus, plus il y a de rangs, et plus le résultant sera brillant.
C’est l’un des premiers jeux de l’orgue, car dès le début, lorsqu’ils étaient dépourvus de registres permettant de choisir quels jeux faire parler, les orgues semblent avoir été construits comme de grandes mixtures. A la renaissance, on cultivait le côté « impressionnant » de la Mixture les concevant de plusieurs dizaines de rangs, même si du coup on ne les faisait parler que sur une note (par exemple la plus grave).

Si, dès les notes graves de l’instrument, on commence un rang relativement aigu, on va vite arriver à des tuyaux extrêmement courts, difficiles à construire et à accorder, et qui dépassent les capacités auditives de l’oreille humaine. 1/16′ est l’extrême limite, que l’on ne peut dépasser en pratique. Or 1/16′, correspond au cinquième Do d’un rang que l’on commence en 1′. Pour continuer un rang commencé plus haut, il faut faire exactement comme un chanteur à qui l’on demande de chanter toujours plus haut : il « octavie » vers le bas, chutant brutalement d’une octave. Après un Mi, par exemple, si le Fa ne peut être joué ou chanté, on choisira celui de l’octave inférieure. On appelle cela faire des Reprises.

ici une illustration sonore des mixtures

Les jeux d’anches

Détail d’un jeu de clairon auquel on a ôté le pied. On y voit la rigole, l’anche, le coin, le noyau, la rasette et le résonateur ou corps soudé au noyau (crédit wikipedia)

Il existe des jeux à anches libres, comme ceux qu’on retrouve dans l’accordéon, l’harmonium  ou l’harmonica mais ils sont très rares et peu usités. La quasi totalité des anches sont dites « battantes » constituées par une languette flexible vibrant contre le tuyau, un peu sur le principe d’une clarinette. Dans le pied du tuyau, l’air comprimé fait vibrer une languette placée contre une rigole appelée »anche ». La hauteur du son produit dépend de la rigidité et de la longueur de la languette. Le reste du tuyau, placé au-dessus, sert de résonateur. Le timbre du son produit (sa richesse en harmoniques) dépend de la nature de la languette, de la forme l’anche, mais aussi de la forme et de la longueur du tuyau résonateur. Il faut remarquer que contrairement aux tuyaux à bouche, le son des anches sort depuis l’extrémité du résonateur, c’est à dire par le haut quand le tuyau est placé à la verticale. Afin de renforcer l’effet de diffusion vers la nef, certains jeux d’anches sont placés horizontalement. On dit alors qu’ils sont « en chamade ».

Démontage d’un pied de tuyau à anche

Les anches battantes sont classées en trois familles :

Celle des trompettes, brillantes, où le résonateur, conique, sera de la taille équivalente à celle d’un tuyau à bouche pour la même hauteur de note.  illustration sonore

Celle des anches bassonantes, généralement plus douces et dont le résonateur peut avoir une forme fuseau, ou évasée au bout

Celles des anches cruchantes, où le résonateur sera cylindrique et dont la hauteur sera raccourcie. illustration sonore

Il existe très peu de mutations sur les anches[2] ; mais de même que pour les jeux à bouche, on donnera la hauteur de note de base du jeu en pied. Ainsi une trompette 8’ sonnera la même note qu’une flûte de 8’ tandis qu’une bombarde de 16’ sonnera l’octave du dessous.

Les grandes familles de tuyaux. Tiré du site: http://orgue.volutes-abstruses.com

Voici donc expliqués les principes fondamentaux de création du son dans un orgue. Vous pouvez comprendre aisément qu’avec quelques rangs de tuyaux parlant, les notes jouées par l’organiste mêlent de très nombreuses ondes vibratoires plus ou moins liées qu’on fondra dans une spatialisation (buffet de l’instrument et salle), permettant une richesse harmonique qui n’est pas forcément facile à appréhender et encore moins à restituer (on en reparlera d’ailleurs).

Pour aller plus loin…

Des explications très intéressantes:

Un morceau d’orgue qui vous permet d’entendre à 7’37 » l’action d’un jeu de 32′, vous testerez ainsi si votre casque est capable de restituer les tremblements du 16Hz:

Loi des tuyaux sur l’excellent site organ au logis.

La page wikipedia consacrée aux ondes stationnaires

Excellent site de vulgarisation très bien illustré

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[1] En réalité, et peu de personnes le savent, le tuyau joue l’harmonique exacte de la note ( donc un sol naturel pour un do) qui n’est pas forcément le sol du clavier, sauf en cas de tempérament à quintes justes (si vous êtes paumés, relisez l’épisode concernant les tempéraments de l’orgue).

[2] Dans quelques très grandes orgues américaines. En France seule la cathédrale d’Auxerre possède un instrument avec un jeu de mutation d’anches. Je n’ai jamais entendu mais ça doit sonner comme des trompes de chasse.