Première
esquisse du cosmophone par M. E. Perrin...
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et fin de son installation.
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Musique
cosmique
Physique
et musique : deux histoires parallèles
On considère que les réflexions rationnelles
tant sur la nature que sur la musique ont eu leur berceau
simultanément dans la Grèce ancienne. C’est
à l’école de Pythagore que les deux se
fondent en une vision harmonieuse de l’univers. Véritables
mystiques des nombres, les pythagoriciens avaient observé
que des notes correspondant à des fréquences
d’oscillation dans un rapport 1 à 2 sont très
similaires, et se fondent dans un parfait mélange.
Aujourd’hui on donne le même nom à de telles
notes : le ‘do’ chanté par une soprano
a la fréquence double du ‘do’ d’un
ténor qui en est séparé par une octave.
Ils avaient même découvert que les accords agréables
à l’oreille sont produits par notes dont les
fréquences sont dans des rapports donnés par
petits nombres entiers (ex. do/sol = 2/3 ; do/fa = 3/4 ;
do/mi = 4/5). Cette découverte, base de l’harmonie
naturelle, a certainement renforcé leur foi dans les
pouvoirs presque magiques des nombres entiers, et les a poussé
à la conclusion que même les distances entre
corps célestes devraient être dans les mêmes
rapports de nombres entiers, pour produire des sons harmoniques
lors de leur mouvement (la « musique des sphères »,
ou « musique cosmique », avec la
main de Dieu qui pouvait « accorder l’univers »,
comme dans l’illustration ci- dessous).
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Ces
visions jumelées de la musique et de la structure de
l’univers ont dominé la culture pendant environ
2000 ans. Comme leur naissance, leur crise a été
simultanée. Du point de vue musical, l’échelle
naturelle ne permettait pas de jouer plusieurs tonalités
avec un seul instrument. L’adoption de l’échelle
tempérée résolut ce problème,
malgré une forte opposition, due a l’idée
que l’adoption de rapports irrationnels entre les notes
« gâchait » la beauté des
rapports entiers pythagoriciens. Curiosité de l’histoire,
un des plus grands enthousiastes du changement d’échelle
musicale était Vincenzo Galilei, père du grand
physicien révolutionaire Galilée.
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Les
nouvelles idées ont pris quelques années à
s’imposer ; les Principes de Newton sortent en 1687,
et le ‘Clavier bien tempéré’ de Bach,
vrai monument à la nouvelle musique, en 1722. L’analyse
spectrale découverte par Fourier en 1807 montre que chaque
son est la superposition d’un nombre infini de fréquences
(exemple : le spectre d’une flûte ci-dessous).
Le son « pur » des pythagoriciens n’existe
pas !
Le
spectre ci dessus fait apparaître que le son est dominé
par des multiples de la fréquence de base, les harmoniques,
ce qui explique les rapports simples observés pour les
accords agréables à entendre. On remarque quand
même que ces harmoniques ne sont pas infiniment précises
ce qui justifie à posteriori le succès de l’échelle
tempérée, approximative. Par contre, tant la théorie
de Newton que les observations astronomiques des mouvements des
planètes invalidaient les intuitions antiques sur le mouvement
des corps célestes!
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La
domination de la physique classique et de la musique classique
n’a duré que 200 ans. En 1900, Max Planck élabore
la théorie des quanta pour expliquer l’émission
d’un corps noir. En 1905 Einstein donne une explication
quantique de l’effet photoélectrique et élabore
la relativité spéciale. Parallèlement,
l’harmonie classique est remise en question. Déjà
au début de 1900 les compositeurs ont commencé
à considérer le système tonal comme une
limitation à leur liberté. Le passage entre
les œuvres avec échelles exotiques de Debussy
et l’abandon de la tonalité par Schönberg
se déroule à peu près en même temps
que les travaux de Planck et la maturité de la théorie
quantique.
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Retournement
de l’histoire, alors même que la musique prenait
des libertés avec l’harmonie classique, on
réalisait que les électrons dans les atomes
suivent des lois harmoniques, les couches atomiques correspondant
à des nombres entiers d’oscillations de leur
fonction d’onde autour du noyau!
Les
développement scientifiques et culturels sont en
interaction réciproque, contribuant à former
un « esprit du temps ». C’est
pour cela que, pour fêter 50 ans de science au plus
haut niveau, nous avons décidé de dialoguer
avec les musiciens d’aujourd’hui. Et de vous
proposer une version actualisé de la musique « cosmique »
rêvée par Pythagore. Il ne s’agit pas
de l’ordre parfait des mouvements exacts des sphères,
mais d’exprimer la complexité, à la
fois cohérente et complètement aléatoire,
du passage des rayons cosmiques détectées
dans notre Cosmophone.
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Principe
de fonctionnement du Cosmophone
L'espace « vide » est en en réalité
rempli de particules (rayons cosmiques primaires, principalement
protons) qui, en interagissent avec les couches plus élevées
de notre atmosphère, produisent des cascades de particules
secondaires. Au niveau de la mer (ou du Lac de Genève)
seuls arrivent des muons et des gerbes d’électrons
à un taux d’environ 100 particules par seconde par
mètre carré. Ces particules sont détectées
par les grands scintillateurs enrobés de noir installés
sur les murs de l’auditoire de l’école de physique.
Ils ont autrefois servis dans une expérience comme compteurs
de neutrons.
Au passage d’une particule, le scintillateur produit une
faible quantité de lumière. Faible, mais suffisante
pour être détectée par les photomultiplicateurs
à haute tension placés à l’extrémité
des scintillateurs, qui génèrent des signaux électriques.
Ledit signal est transformé en signal digital, et est ensuite
élaboré par l’ordinateur. Des diodes rouges
et vertes matérialisent le passage des muons soit localement
(rouge), soit les coincidences à grande distance (vertes
et plus rares) qui indiquent le passage de gerbes de grande taille.
Cette installation est inspirée du Cosmophone développé
a Marseille depuis plusieurs années par le physicien Claude
Vallée, ses collaborateurs du CNRS et la compagnie musicale
Urbis Studio (http://cosmophone.in2p3.fr)
Dr. Mario Campanelli, DPNC Université
de Genève
Composition
musicale et choix des images
Dans la mouvance d'interactivité entre diverses disciplines,
nous avons voulu mettre en place un dispositif image/son qui sera
déclenché par l'activité cosmique dans l'amphithéâtre
de l'école de Physique. L'activité, catégorisée
en six modes, et transformée en signaux MIDI (Musical Instrument
Digital interface), arrivent dans l'ordinateur contenant une partition
musicale et enclenchent une suite d'événements sonores.
Le compositeur diffuse ses musiques sur un ensemble de six haut
parleurs et un diffuseur de fréquence grave; il a créé
des algorithmes dont il se sert pour établir la sélection
de chacune de ses séquences et leurs trajectoires dans
l'espace. La cinéaste, quand à elle, projette des
séquences visuels sur deux écrans, en fonction de
la musique et du flot de l'activité cosmique. Ainsi un
nouvel alliage entre nature, science et art se forme dans ces
lieux historiques.
Prof. Emile Ellberger, Conservatoire de
Musique de Genève
Participants
au projet Cosmophone
Section de Physique: Alain Blondel, Mario Campanelli,
Jean-Pierre Richeux, Pierre Béné, Eric Perrin, Florian
Maschiocchi, Gilbert Viollat, Maarten Weber, Charly Burgisser,
Yann Meunier
Conservatoire de Musique de Genève: Prof.
Emile Ellberger, Nikolai Mihailov
Ecole supérieure des Beaux Arts : Florence
Guillermin.
à droite : Florence Guillermin |
en
haut : Nikolai Mihailov et Mario Campanelli |
Le Cosmophone est financé par un subside exceptionnel
du Rectorat de l’Université de Genève, la
Faculté des sciences, la Section de physique et le DPNC
écouter
la musique cosmique ?
fiche
explicative .pdf
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