Entendre et protéger son audition

Cours complet · enseignement scientifique (première), chapitre 13 · première, enseignement scientifique

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13.1 Introduction : pourquoi une oreille abimée ne se répare-t-elle

jamais ?

Presque tout, dans le corps humain, se répare. Une peau coupée se referme, un os fracturé se ressoude, un foie amputé de moitié repousse. Il existe pourtant, au fond de chaque oreille, quinze mille cellules qui font exception : détruites, elles ne se remplacent pas. Ni cette année, ni jamais. Un poisson rouge, lui, les régénère en quelques semaines ; un poulet aussi. Pas nous.

Ces cellules s'appellent cellules ciliées. Ce sont elles qui traduisent en signal nerveux la vibration de l'air, et sans elles il n'y a ni parole, ni musique, ni le bruit d'une voiture qui approche. Elles tiennent, toutes réunies, dans un volume plus petit qu'une tête d'épingle. Elles sont d'une fragilité extrême. Et nous vivons dans un monde plus bruyant que celui où elles ont évolué.

Ce chapitre a donc deux objets, indissociables. Le premier est de comprendre : par quelle chaine de transformations une variation de pression de l'air devient-elle une sensation dans un cerveau ? Le second est de protéger : une fois la chaine comprise, on voit exactement où elle casse, pourquoi la casse est définitive, et ce qu'on peut faire pour l'éviter. Il s'agit ici, littéralement, d'éducation à la santé — mais fondée, pas incantatoire.

Une chaine de transducteurs. L'air vibre, une membrane vibre, trois osselets amplifient, un liquide ondule, des cils se courbent, un nerf s'active, un cortex interprète. Chaque maillon a une fonction précise et un point faible.
Une limite mesurable. On sait dire, chiffres à l'appui, combien de temps on peut écouter un son de tel niveau sans dommage. La règle est simple et redoutable : trois décibels de plus, deux fois moins longtemps.
Un fait de société. L'Organisation mondiale de la santé estime qu'un milliard de jeunes gens sont exposés, par leurs pratiques d'écoute, à un risque évitable de perte auditive. Cela se mesure, se prévient, et se légifère.

iRemarqueCe chapitre suppose les précédents

L'intensité sonore, le niveau d'intensité en décibels et l'échelle logarithmique ont été introduits dans le sous-thème « Son et musique ». On rappellera seulement que le niveau $L$ se calcule à partir de l'intensité $I$ et de l'intensité de référence $I_{0} = 1 0^{- 12}$ W $\cdot$ m $^{- 2}$ par $L = 10 lo g (\frac{I}{I _{0}}),$ et surtout que doubler l'intensité n'ajoute que $3$ dB, tandis que la multiplier par dix en ajoute $10$ . Cette échelle n'est pas une commodité de notation : elle épouse la façon dont l'oreille elle-même répond aux stimulations.

13.2 Ce que l'oreille perçoit : le champ auditif

13.2.1 Deux limites, pas une

Proposition 13.1Ce que l'être humain entend

L'être humain ne perçoit qu'une partie des sons supérieurs à une intensité seuil et dans une gamme de fréquences entre $20$ et $20000$ Hz. Cette perception varie selon l'âge et l'état auditif.

Deux conditions doivent donc être remplies simultanément pour qu'un son soit entendu : être assez fort, et être dans la bonne bande de fréquences. Un son de $10$ Hz à $100$ dB ne s'entend pas ; un son de $1000$ Hz à $- 10$ dB non plus. Et ces limites ne sont pas les mêmes pour tous ni pour toujours.

Définition 13.2Seuil d'audition, seuil de douleur, champ auditif

Le seuil d'audition est, pour chaque fréquence, le niveau minimal au-dessous duquel un son n'est plus perçu. Il a été fixé à $0$ dB pour un son de $1000$ Hz chez un jeune adulte à l'audition saine — c'est de là que vient l'origine de l'échelle des décibels.

Le seuil de douleur est le niveau au-delà duquel la sensation devient douloureuse, aux alentours de $120$ dB.

Le champ auditif est la région comprise entre ces deux courbes : c'est l'ensemble des sons qu'un être humain peut percevoir sans souffrir.

Le champ auditif humain. Un son n'est perçu que s'il se situe

au-dessus de la courbe bleue et à l'intérieur de la bande $20$ – $20000$ Hz. L'oreille est la plus sensible entre $2$ et $5$ kHz — c'est-à-dire précisément dans la bande où se joue l'intelligibilité de la parole. Ce n'est pas une coïncidence.</div>

iRemarqueUne sensibilité qui n'est pas la même partout

La courbe de seuil descend au-dessous de $0$ dB entre $2$ et $5$ kHz : dans cette bande, l'oreille perçoit des sons plus faibles encore que le son de référence. Deux raisons se conjuguent : la résonance du conduit auditif, qui se comporte comme un tuyau d'environ $2, 5$ cm et amplifie de dix à quinze décibels autour de $3$ kHz, et la sensibilité propre des cellules réceptrices. Le résultat est que le cri d'un nourrisson, dont l'énergie se concentre justement dans cette bande, est difficile à ignorer. La physique et l'évolution se sont ici rejointes.

Exemple 13.3La perception varie selon l'âge : la presbyacousie

La limite supérieure recule tout au long de la vie. À $20$ ans, beaucoup perçoivent encore $18$ kHz ; à $40$ ans, la limite est souvent descendue vers $15$ kHz ; à $60$ ans, vers $12$ kHz ou moins. Cette érosion progressive et naturelle des aigus porte un nom, la presbyacousie.

Elle a une conséquence sociale inattendue. Des dispositifs commerciaux émettent des sons très aigus, audibles des adolescents et inaudibles des adultes, pour éloigner les jeunes de certains lieux ; la même sonnerie a été utilisée par des élèves pour recevoir des messages en classe sans être entendus de leurs professeurs. La même limite physiologique sert donc les deux camps. Elle pose surtout une question : est-il légitime d'utiliser contre un groupe d'âge une particularité de son corps ?

13.3 L'oreille externe et l'oreille moyenne : capter et transmettre

13.3.1 Le savoir à construire

Proposition 13.4Le trajet de la vibration jusqu'à l'oreille interne

L'oreille externe canalise les sons du milieu extérieur vers le tympan. Cette membrane vibrante transmet ces vibrations jusqu'à l'oreille interne par l'intermédiaire de l'oreille moyenne.

L'oreille se lit donc comme une chaine à trois étages, chacun ayant une fonction propre : capter et canaliser (oreille externe), transmettre en adaptant (oreille moyenne), traduire (oreille interne). Le troisième étage sera l'objet de la section suivante.

Coupe schématique de l'oreille. La vibration voyage

successivement dans trois milieux : l'air du conduit auditif, les os de la chaine des osselets, puis le liquide de la cochlée. Chaque changement de milieu est un obstacle — et l'oreille moyenne est précisément le dispositif qui le franchit. Les canaux semi-circulaires, en haut, ne servent pas à l'audition mais à l'équilibre : ils partagent seulement le logement.</div>

13.3.2 Le pavillon et le conduit : capter et canaliser

Le pavillon n'est pas un simple entonnoir décoratif. Sa forme irrégulière, ses replis, sa position sur le côté du crâne modifient légèrement le son selon la direction d'où il vient : c'est en partie grâce à cela que nous localisons une source dans l'espace, y compris en hauteur, ce qu'une simple comparaison entre les deux oreilles ne permettrait pas.

Le conduit auditif conduit le son au tympan et le protège. Long d'environ $2, 5$ cm, fermé à une extrémité, il se comporte comme un tuyau sonore et amplifie par résonance la bande $2$ – $4$ kHz. Il sécrète le cérumen, qui piège les poussières et les insectes ; un bouchon de cérumen est d'ailleurs la cause la plus banale — et la plus facilement réversible — d'une baisse d'audition.

13.3.3 Le tympan et les osselets : le vrai problème à résoudre

Définition 13.5Tympan, osselets

Le tympan est une membrane fine, d'environ $55$ mm $^{2}$ et d'un dixième de millimètre d'épaisseur, tendue à l'extrémité du conduit auditif. Le son la fait vibrer.

Les osselets sont les trois plus petits os du corps humain : marteau, enclume et étrier. Ils forment une chaine articulée qui relie le tympan à la fenêtre ovale, membrane d'environ $3, 2$ mm $^{2}$ donnant sur le liquide de l'oreille interne. L'étrier mesure environ $3$ mm.

Pourquoi cette mécanique compliquée ? Pourquoi le tympan ne pousse-t-il pas directement le liquide ? Parce qu'une onde qui passe de l'air à un liquide est presque entièrement réfléchie : c'est l'expérience que fait tout nageur la tête sous l'eau, qui n'entend plus ce qui se dit au bord du bassin. Sans dispositif, la quasi-totalité de l'énergie sonore rebondirait sur la fenêtre ovale et l'audition serait misérable.

L'oreille moyenne résout ce problème par deux effets qui se multiplient.

L'adaptation d'impédance de l'oreille moyenne. Le tympan reçoit

une force répartie sur une grande surface ; les osselets la transmettent, concentrée, sur une surface dix-sept fois plus petite. Comme la pression est le quotient d'une force par une surface, elle s'en trouve multipliée d'autant. C'est le principe du talon aiguille, mis au service de l'audition.</div>

iRemarqueLa trompe d'Eustache et l'avion

Un conduit relie l'oreille moyenne au fond de la gorge : la trompe d'Eustache. Sa fonction est d'égaliser la pression de part et d'autre du tympan. Si la pression extérieure change vite — décollage, atterrissage, plongée —, le tympan se bombe et vibre mal : les sons s'assourdissent et l'oreille fait mal. Déglutir ou bâiller ouvre la trompe et rétablit l'équilibre. Chez le jeune enfant, ce conduit est court et presque horizontal, ce qui explique la fréquence des otites moyennes à cet âge.

Méthode : Relier l'organisation de l'oreille externe et de l'oreille
moyenne à la réception et à la transmission de la vibration sonore</h4><div class="text-gray-700 leading-relaxed font-sans text-xs select-text"> Devant un schéma ou un texte, procéder structure par structure, et pour chacune poser la même question : à quelle propriété physique cette forme répond-elle ?

Pavillon — forme de collecteur asymétrique. Il capte l'onde et code la direction de provenance.
Conduit auditif — tube d'environ $2, 5$ cm fermé à une extrémité. Il canalise, protège, et amplifie par résonance autour de $3$ kHz.
Tympan — membrane fine et tendue, de grande surface. Il convertit une variation de pression en un mouvement mécanique.
Osselets — chaine articulée, effet de levier. Ils transmettent le mouvement sans le déformer et amplifient la force.
Fenêtre ovale — petite surface. Elle concentre la force sur le liquide et réalise, avec le tympan, l'adaptation d'impédance.
Conclure par la chaine complète, en une phrase où chaque maillon est relié au suivant, et où l'on nomme le milieu traversé : air, solide, liquide.

Contrôle : si votre réponse ne mentionne pas le changement de milieu air/liquide, il manque le point essentiel — c'est le problème que l'oreille moyenne est faite pour résoudre.

13.4 L'oreille interne : traduire la vibration en message nerveux

13.4.1 Le savoir à construire

Proposition 13.6Les cellules ciliées et les aires cérébrales

Dans l'oreille interne, des cellules ciliées traduisent les vibrations reçues en un message nerveux qui se propage vers des aires cérébrales spécialisées. Certaines permettent, après apprentissage, l'interprétation de l'univers sonore (parole, voix, musique, etc.).

Trois idées se superposent dans cet énoncé, et il faut les tenir séparées : il y a une traduction (mécanique $\to$ nerveux), il y a un transport (le long du nerf auditif), et il y a une interprétation qui, elle, s'apprend. Entendre n'est pas comprendre.

Définition 13.7Cochlée, cellules ciliées, tonotopie

La cochlée est un conduit rempli de liquide, enroulé en spirale sur deux tours et demi, et long d'environ $35$ mm une fois déroulé. Elle est divisée sur toute sa longueur par la membrane basilaire.

Les cellules ciliées sont posées sur cette membrane. Chacune porte à son sommet une touffe de stéréocils. Lorsque la membrane vibre, les stéréocils se courbent, ce qui ouvre des canaux et déclenche un signal électrique transmis au nerf auditif. On compte environ $3500$ cellules ciliées internes, alignées sur un rang, et environ $12000$ cellules ciliées externes, alignées sur trois rangs.

La tonotopie est le fait que chaque fréquence fait vibrer une région précise de la membrane basilaire : les sons aigus près de la base, raide et étroite, les sons graves près de l'apex, souple et large. La cochlée est donc un analyseur de spectre mécanique.

En haut, la cochlée déroulée : chaque fréquence fait vibrer un

endroit précis de la membrane basilaire, les aigus près de la base, les graves près de l'apex. En bas, un agrandissement de la membrane : les cellules ciliées y sont posées, coiffées de leurs stéréocils. Quand la membrane se soulève, les stéréocils frottent contre la membrane tectoriale et se courbent — c'est ce mouvement, et lui seul, qui déclenche le message nerveux.</div>

iRemarqueComment a-t-on découvert la tonotopie ?

Au XIX^e siècle, Hermann von Helmholtz supposait que la membrane basilaire était faite d'une multitude de cordes tendues, chacune résonnant à sa fréquence, comme les cordes d'un piano. L'image était belle et en partie fausse. C'est le physicien hongrois Georg von Békésy qui a tranché la question, dans les années $1930$ à $1950$ , en observant directement sous microscope des cochlées de cadavres humains et animaux : la membrane n'entre pas en résonance corde par corde, elle est parcourue par une onde propagée, qui enfle en avançant, culmine à un endroit qui dépend de la fréquence, puis s'éteint brutalement. Békésy a reçu le prix Nobel de médecine en $1961$ . Voilà un résultat qui n'a demandé ni particule ni satellite : un microscope, une main sûre et douze ans de patience.

Méthode : Interpréter des données de microscopie sur les cellules
ciliées</h4><div class="text-gray-700 leading-relaxed font-sans text-xs select-text"> Les photographies de microscopie électronique de la surface de l'organe de Corti sont des documents classiques. Voici comment les lire.

Repérer l'échelle d'abord : ces images couvrent typiquement quelques dizaines de micromètres. Sans barre d'échelle, on ne sait pas de quoi on parle.
Identifier l'organisation : un rang unique de cellules ciliées internes d'un côté, trois rangs de cellules ciliées externes de l'autre. Les touffes de stéréocils des cellules externes dessinent des V ou des W très réguliers, orientés dans le même sens.
Chercher les anomalies sur une cochlée exposée au bruit : stéréocils couchés, ébouriffés, fusionnés, arrachés ; cellules manquantes, laissant un « trou » dans un rang ; cicatrice formée par les cellules de soutien qui referment la surface.
Comparer systématiquement l'image lésée à une image témoin de même grossissement. Une image seule ne prouve rien.
Conclure prudemment : on observe une lésion, on ne mesure pas une surdité. Le lien entre l'état des cellules et la perte auditive se fait par l'audiogramme, pas par la photographie.

Le point décisif : les rangs de cellules ciliées sont ordonnés le long de la cochlée. Une lésion localisée correspond donc à une bande de fréquences précise, et non à une baisse d'audition générale. C'est ce qui rend l'encoche des audiogrammes de traumatisme sonore si caractéristique.

iRemarqueUn capital, pas un revenu

Nous naissons avec notre stock de cellules ciliées et nous n'en fabriquerons plus. Les oiseaux et les poissons, eux, les régénèrent : après une exposition destructrice, des cellules de soutien se divisent et remplacent les cellules perdues en quelques semaines. Cette différence entre espèces a été établie à la fin des années $1980$ et a ouvert un champ de recherche entier — si le poulet sait le faire, le programme génétique existe quelque part, et peut-être peut-on le réveiller chez l'humain. À ce jour, aucun traitement de ce type n'est disponible. La seule stratégie efficace reste, très prosaïquement, de ne pas abimer ce qu'on ne peut pas remplacer.

13.5 Le cerveau qui entend : des aires spécialisées et un apprentissage

13.5.1 Du nerf auditif au cortex

Le message nerveux issu des cellules ciliées n'arrive pas directement à la conscience. Il traverse une série de relais dans le tronc cérébral, où s'effectuent déjà des traitements — c'est là, notamment, que sont comparées les informations des deux oreilles, ce qui permet de localiser une source dans le plan horizontal à quelques degrés près, à partir d'écarts de temps d'arrivée de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes. Il passe ensuite par le thalamus avant d'atteindre le cortex auditif primaire, situé dans le lobe temporal, sur une circonvolution appelée gyrus de Heschl.

Le trajet schématique du message auditif, du nerf jusqu'aux aires

associatives (les positions sont indicatives). Le cortex auditif primaire conserve l'organisation tonotopique de la cochlée : des sons voisins en fréquence y activent des zones voisines. Les aires qui l'entourent font le reste — et ce reste, contrairement au trajet lui-même, s'apprend.</div>

13.5.2 Ce qui s'apprend

Le cortex auditif primaire reçoit une carte des fréquences ; il ne reçoit pas le sens. Reconnaitre la voix d'un proche, distinguer les phonèmes de sa langue, suivre une ligne mélodique, comprendre une phrase malgré le bruit d'un café : tout cela relève des aires associatives, et tout cela s'acquiert.

Le fait le plus démonstratif vient du nourrisson. À la naissance, un bébé distingue les contrastes sonores de toutes les langues du monde. Vers un an, il ne distingue plus que ceux de la langue qu'il entend autour de lui — il a perdu une compétence en en gagnant une autre, spécialisée. Le second fait vient de l'implant cochléaire : un enfant implanté tôt apprend à comprendre la parole ; implanté beaucoup plus tard, après des années de privation, il perçoit des sons mais peut ne jamais accéder à la parole. Les aires existaient ; le temps de leur apprentissage était passé.

Méthode : Interpréter des données d'imagerie cérébrale relatives au son

Les images de cerveau « qui s'allume » sont partout, et souvent surinterprétées. Voici les précautions à prendre.

Savoir ce qui est mesuré. L'IRM fonctionnelle ne mesure pas l'activité des neurones : elle mesure une variation locale de l'oxygénation du sang, qui la suit avec quelques secondes de retard. La magnétoencéphalographie et l'électroencéphalographie, elles, suivent l'activité à la milliseconde mais localisent moins bien. Aucune technique ne donne tout.
Chercher la condition de comparaison. Une image d'activation est toujours une différence entre deux situations (écouter des mots moins écouter du bruit, par exemple). Sans savoir ce qui a été soustrait, une tache colorée ne signifie rien.
Ne pas confondre couleur et intensité de pensée. Les couleurs sont des seuils statistiques choisis par l'expérimentateur, pas une mesure directe.
Ne pas conclure de la localisation à la causalité. Qu'une région s'active pendant une tâche ne prouve pas qu'elle en est responsable ; elle peut accompagner, ou réagir.
Se rappeler le nombre de comparaisons. Un cerveau se découpe en dizaines de milliers de petits volumes ; en les testant tous, on trouve des « activations » par pur hasard. Une équipe américaine l'a démontré en $2009$ avec un protocole devenu célèbre : en passant à l'IRM fonctionnelle un saumon mort à qui l'on montrait des photographies, elle a obtenu, sans correction statistique, une belle activation cérébrale. La démonstration a fait rire, puis a changé les pratiques de publication du domaine.

Ce qu'on peut affirmer honnêtement : les sons activent d'abord une région tonotopique du lobe temporal, puis des régions plus étendues et latéralisées selon la nature du son — plutôt à gauche pour la parole chez la plupart des personnes. Ce qu'on ne peut pas affirmer : qu'il existe une « aire de la musique » ou un « centre du langage » au sens d'une case unique.

13.6 Quand l'audition se dérègle : anomalies et pathologies

13.6.1 Deux familles de surdité

Définition 13.8Surdité de transmission, surdité de perception

Une surdité de transmission vient d'un obstacle situé dans l'oreille externe ou moyenne : bouchon de cérumen, perforation du tympan, otite avec épanchement de liquide, blocage de l'étrier (otospongiose). La cochlée est intacte. Ces surdités sont souvent traitables, par un lavage, une opération ou un appareil.

Une surdité de perception vient d'une atteinte de l'oreille interne ou des voies nerveuses : cellules ciliées détruites par le bruit, l'âge, un médicament toxique, une infection. Elle est en règle générale définitive. On peut la compenser — appareil auditif, implant cochléaire — non la guérir.

Des audiogrammes, tels qu'un service d'ORL en produit. La perte

est portée vers le bas, si bien qu'une courbe qui plonge est une audition qui se dégrade. À gauche, trois atteintes de la cochlée : la presbyacousie ronge régulièrement les aigus, tandis que le traumatisme sonore creuse une encoche caractéristique vers $4000$ Hz, en épargnant les fréquences plus hautes. À droite, la signature d'une surdité de transmission : le son passe mal par l'air, mais parfaitement par l'os du crâne — donc la cochlée est intacte et l'obstacle est en amont.</div>

Méthode : Analyser des anomalies et pathologies auditives

Un audiogramme se lit en cinq gestes.

Lire les axes. Fréquences en abscisse, de $250$ à $8000$ Hz, en échelle logarithmique ; perte auditive en ordonnée, orientée vers le bas. C'est la convention, et elle surprend toujours.
Situer la gravité : jusqu'à $20$ dB de perte, audition normale ; de $20$ à $40$ dB, perte légère ; de $40$ à $70$ dB, moyenne ; au-delà de $70$ dB, sévère.
Comparer les deux voies. La conduction aérienne teste toute la chaine ; la conduction osseuse, par un vibreur posé derrière l'oreille, court- circuite l'oreille externe et moyenne et teste la cochlée seule. Un écart entre les deux signe une surdité de transmission ; deux courbes basses et confondues signent une surdité de perception.
Lire la forme. Une pente régulière vers les aigus évoque la presbyacousie ; une encoche isolée vers $4000$ Hz évoque un traumatisme sonore ; une atteinte des graves évoque d'autres causes.
Confronter au récit du patient : âge, métier, loisirs, ancienneté des troubles, acouphènes, prise de médicaments. Un audiogramme sans histoire clinique est un graphique, pas un diagnostic.

$\leftrightarrow$ Lectures graphiques et organisation et exploitation de données : voir le chapitre « Analyse de l'information chiffrée ».

Exemple 13.9Quatre situations à distinguer

Une adolescente entend mal depuis une baignade. Audiogramme : écart entre conduction aérienne et osseuse, sur toutes les fréquences. Surdité de transmission — un bouchon de cérumen gonflé par l'eau. Réversible en cinq minutes.
Un homme de $70$ ans se plaint de ne plus suivre les conversations au restaurant. Audiogramme : perte régulière, croissante vers les aigus, identique par les deux voies. Presbyacousie. Le restaurant est le pire des lieux, car les consonnes, riches en aigus, sont justement celles qui portent l'information.
Un musicien de $30$ ans entend un sifflement permanent après un concert. Encoche à $4000$ Hz et acouphène. Traumatisme sonore. Si le sifflement persiste au-delà de quelques heures, il faut consulter en urgence : une prise en charge très précoce est parfois efficace.
Une femme de $35$ ans entend de moins en moins bien depuis sa grossesse. Écart entre les deux voies, prédominant sur les graves. Otospongiose : l'étrier se soude progressivement à la fenêtre ovale. La chirurgie la corrige.

iRemarqueAcouphènes et hyperacousie

Deux troubles fréquents accompagnent souvent les atteintes de l'oreille interne. Un acouphène est la perception d'un son — sifflement, bourdonnement — en l'absence de toute source extérieure. Il ne s'agit ni d'imagination ni de simulation : le système auditif privé d'une partie de ses entrées produit lui- même une activité qui est perçue comme un son. L'hyperacousie est une intolérance douloureuse à des sons d'intensité ordinaire. Ces deux troubles peuvent, à eux seuls, rendre le sommeil et le travail difficiles, sans qu'aucun audiogramme n'en rende compte : la gêne n'est pas proportionnelle à la perte mesurée.

13.7 Le risque : ce n'est jamais le niveau seul, c'est le niveau et la

durée

13.7.1 Les deux savoirs du programme

Proposition 13.10Le seuil de nocivité

Au-delà de $80$ dB, un son peut devenir nocif selon son intensité et sa durée d'écoute. Il en résulte des effets sur la santé.

Le mot important est « selon ». Il n'existe pas de niveau au-dessous duquel tout est permis et au-dessus duquel tout est interdit : le danger est le produit d'une intensité par une durée. Trois minutes à $110$ dB abiment autant que huit heures à $85$ dB. C'est pourquoi une question comme « est-ce que $95$ dB, c'est dangereux ? » n'a pas de réponse tant qu'on n'a pas dit pendant combien de temps.

Proposition 13.11Un capital de cellules qui ne se reconstitue pas

Les cellules ciliées, en quantité limitée, sont fragiles et facilement endommagées par des sons trop intenses. Les dégâts peuvent alors être irréversibles et causer des problèmes auditifs, voire une surdité.

Une exposition excessive couche, casse ou fusionne les stéréocils ; à forte dose, elle tue la cellule entière, que les cellules de soutien remplacent par une cicatrice. La rangée est alors trouée pour toujours, et avec elle la petite bande de fréquences dont elle avait la charge.

Définition 13.12Fatigue auditive, traumatisme sonore

La fatigue auditive est une baisse temporaire de l'audition, souvent accompagnée de sifflements, qui suit une exposition forte et récupère en quelques heures ou quelques jours. Elle n'est pas anodine : c'est le signal que la limite a été franchie, et les fatigues répétées finissent par laisser des traces définitives.

Le traumatisme sonore aigu est la lésion provoquée par un son très intense, éventuellement bref : coup de feu, pétard, retour d'enceinte. Il peut laisser d'emblée une perte irréversible.

13.7.2 La règle des trois décibels

L'échelle des décibels étant logarithmique, ajouter $3$ dB revient à doubler l'intensité reçue. Pour recevoir la même quantité totale d'énergie, il faut donc écouter deux fois moins longtemps. D'où la règle qui gouverne toute la prévention du bruit.

La durée d'exposition quotidienne au-delà de laquelle le risque

devient significatif, en fonction du niveau. L'échelle des durées est logarithmique : la droite descendante signifie que trois décibels de plus divisent la durée par deux. Passer de $94$ à $100$ dB — six décibels, c'est-à- dire un simple cran de volume — fait tomber la durée admissible d'une heure à un quart d'heure.</div>

Méthode : Relier l'intensité du son et la durée d'écoute au risque

Partir du repère : $85$ dB pendant $8$ heures. C'est la valeur autour de laquelle est construite toute la réglementation du bruit au travail.
Compter les paquets de $3$ dB au-dessus de ce repère : $n = \frac{L - 85}{3}$ .
Diviser la durée par $2^{n}$ : $t_{m a x} = \frac{8 h}{2 ^{n}} = 8 \times 0, 5^{(L - 85) /3} heures.$
Cumuler les expositions de la journée. Chaque exposition consomme une fraction de la dose : $\frac{dur e ˊ e r e ˊ elle}{t _{m a x}}$ . On additionne ces fractions ; si la somme dépasse $1$ , la dose quotidienne est dépassée.
Conclure en langage clair, avec un ordre de grandeur et une recommandation : « à ce niveau, un quart d'heure suffit à saturer la journée ; au-delà, il faut baisser le volume ou porter des protections. »

Contrôle : cette règle traite l'énergie reçue, elle ne dit rien de la sensibilité individuelle, qui varie beaucoup. Elle donne un seuil de précaution, pas une garantie.

$\leftrightarrow$ Variation exponentielle : $t_{m a x}$ est une fonction exponentielle décroissante de $L$ , de la même famille que la décroissance radioactive du chapitre sur les éléments chimiques. $\leftrightarrow$ Lectures graphiques.

Exemple 13.13Trois situations chiffrées

Un atelier à $91$ dB. $n = (91 - 85) /3 = 2$ , donc $t_{m a x} = 8/4 = 2$ heures. Une journée de sept heures dans cet atelier représente trois fois et demie la dose : la protection auditive n'est pas une option.
Un concert à $103$ dB pendant deux heures. $n = 6$ , donc $t_{m a x} = 8/64 = 0, 125$ h $= 7, 5$ minutes. Deux heures représentent $120/7, 5 = 16$ fois la dose quotidienne. Des bouchons atténuant $20$ dB ramènent le niveau perçu à $83$ dB, sous le repère.
Un baladeur à $95$ dB, une heure et demie par jour. $n = 10/3 \approx 3, 33$ , donc $t_{m a x} = 8/ 2^{3, 33} \approx 0, 79$ h $\approx 48$ minutes. Quatre-vingt- dix minutes font près du double de la dose — tous les jours, pendant des années.

iRemarqueCe que dit la loi

La prévention du bruit n'est pas laissée à la bonne volonté de chacun.

Au travail, la réglementation française, qui transpose une directive européenne de $2003$ , fixe trois repères en niveau moyen sur huit heures : $80$ dB(A) déclenche l'information des salariés et la mise à disposition de protections ; $85$ dB(A) rend leur port obligatoire et impose un programme de réduction du bruit ; $87$ dB(A) est une valeur limite qui ne doit jamais être dépassée sous la protection.

Dans les lieux diffusant de la musique amplifiée, un décret du $7$ aout $2017$ plafonne le niveau à $102$ dB(A) sur quinze minutes, et à $118$ dB(C) sur la même durée pour tenir compte des basses ; les lieux accueillant de jeunes enfants sont soumis à des valeurs bien plus basses. Les exploitants doivent aussi mettre à disposition des protections auditives et prévoir des zones de repos.

Pour les baladeurs, la France limite depuis $1996$ la puissance sonore des appareils vendus dans le commerce. La mesure a été critiquée — elle ne règle pas la durée d'écoute, qui est l'autre moitié du problème —, mais elle illustre un principe : quand un risque dépend d'un réglage, on peut agir sur l'objet et non seulement sur l'utilisateur.

13.8 Se protéger : atténuer, s'éloigner, s'équiper

13.8.1 Les savoirs du programme

Proposition 13.14Atténuer le bruit et se protéger

Des mesures d'atténuation du bruit ainsi que des dispositifs individuels de protection existent.

Trois familles de moyens, et il faut les hiérarchiser dans cet ordre : agir à la source (machine moins bruyante, volume plus bas), agir sur la propagation (distance, écran, isolation, absorption), puis seulement protéger le récepteur (bouchons, casques). La protection individuelle est le dernier recours, celui qui repose entièrement sur la personne exposée.

Proposition 13.15Des dispositifs qui progressent

Grâce aux innovations technologiques, les appareils auditifs et les dispositifs de protection individuelle ne cessent d'évoluer.

Les prothèses sont passées du cornet acoustique, purement passif, à des appareils numériques capables d'amplifier sélectivement les bandes de fréquences déficitaires et de réduire le bruit de fond. Les protections sont passées du coton au bouchon moulé sur mesure à atténuation régulière, qui préserve le timbre de la musique. Et pour les surdités profondes, l'implant cochléaire court-circuite les cellules ciliées détruites en stimulant directement le nerf auditif.

13.8.2 La distance : la protection gratuite

Une source sonore rayonne dans toutes les directions. L'énergie qu'elle émet se répartit sur une sphère dont la surface croit comme le carré du rayon : à distance double, la même énergie s'étale sur quatre fois plus de surface, et l'intensité reçue est divisée par quatre. Or diviser l'intensité par quatre, c'est retirer $10 lo g 4 \approx 6$ décibels.

Le niveau perçu en fonction de la distance à une source qui émet

$110$ dB à un mètre — l'ordre de grandeur d'une enceinte de concert. Chaque doublement de la distance retire six décibels, ce qui fait beaucoup près de la source et presque rien loin d'elle : reculer de $1$ à $2$ m gagne autant que reculer de $8$ à $16$ m. Sans protection, il faut s'éloigner de près de vingt mètres pour descendre sous $85$ dB ; avec des bouchons ordinaires, un seul mètre suffit.</div>

Méthode : Mesurer le niveau perçu en fonction de la distance, avec ou
sans dispositif de protection</h4><div class="text-gray-700 leading-relaxed font-sans text-xs select-text"> Ce protocole se réalise avec un sonomètre, ou avec une application de smartphone si l'on assume ses limites.

Choisir une source stable : un haut-parleur alimenté par un bruit rose ou une note tenue, jamais de la musique dont le niveau varie.
Choisir un lieu dégagé : en salle, les réflexions sur les murs faussent tout, et le niveau cesse de décroitre à partir d'une certaine distance. Dehors, ou dans un très grand volume.
Mesurer à des distances doublantes : $1$ , $2$ , $4$ , $8$ , $16$ m. C'est le seul choix qui rende la loi lisible, puisqu'on attend $- 6$ dB à chaque pas.
Répéter chaque mesure trois fois et prendre la moyenne : le bruit de fond varie.
Recommencer avec la protection, en la plaçant sur le microphone (dans un bouchon d'oreille artificiel) ou en comparant deux appareils. Calculer l'atténuation comme la différence des niveaux, en décibels.
Tracer et interpréter : le niveau en fonction du logarithme de la distance doit être une droite de pente $- 20$ dB par décade. Un écart systématique signale des réflexions ou un bruit de fond qui masque la source.

Précautions. Une application de smartphone n'est pas étalonnée : elle donne des écarts fiables et des valeurs absolues douteuses. Comme on ne s'intéresse ici qu'à des différences, c'est suffisant — à condition de le dire. Et l'on ne fait jamais ce type de mesure au-delà de niveaux dangereux sans protection.

$\leftrightarrow$ Lectures graphiques, organisation et exploitation de données.

iRemarqueDeux façons de faire taire le bruit

Les casques dits « à réduction de bruit » n'atténuent pas de la même manière qu'un bouchon. Un bouchon oppose une barrière passive : de la matière, qui absorbe et réfléchit, et qui est d'autant plus efficace que le son est aigu. Un casque à réduction active capte le bruit ambiant par un microphone et émet un son en opposition de phase, dont les creux comblent les bosses du bruit : les deux ondes s'annulent. Le principe a été breveté dès les années $1930$ par l'ingénieur allemand Paul Lueg, bien avant que l'électronique permette de le réaliser. Il fonctionne surtout sur les sons graves et réguliers — ronronnement d'un avion, d'un train, d'une ventilation —, beaucoup moins sur une voix ou un choc.

Attention à ne pas se tromper d'usage : un casque à réduction de bruit protège en permettant d'écouter moins fort dans un environnement bruyant. Il ne protège pas d'un concert, où le danger vient du niveau, pas du bruit de fond.

13.9 Ce que disent les enquêtes : la santé auditive en chiffres

Méthode : Exploiter des données épidémiologiques sur la santé auditive

L'épidémiologie mesure la fréquence des maladies dans des populations. Ses résultats se lisent avec quelques précautions élémentaires.

Lire la définition retenue. « Perte auditive » ne veut rien dire tant qu'on n'a pas dit à partir de combien de décibels. L'Organisation mondiale de la santé retient un seuil de $20$ dB de perte sur la meilleure oreille ; en changeant ce seuil, on change le nombre de malades sans changer la réalité.
Distinguer prévalence et incidence. La prévalence est la proportion de personnes atteintes à un instant donné ; l'incidence est le nombre de nouveaux cas par an. Les deux évoluent différemment.
Regarder la population étudiée : son effectif, sa manière d'avoir été recrutée, sa structure d'âge. Une enquête menée à la sortie d'un concert ne dit rien de la population générale.
Séparer déclaré et mesuré. Une gêne déclarée dans un questionnaire et une perte mesurée à l'audiomètre sont deux données différentes, et elles ne coïncident pas.
Traquer les facteurs de confusion. Le premier de tous, ici, est l'âge : une population qui vieillit voit sa prévalence de surdité augmenter sans qu'aucun comportement n'ait changé. Comparer deux époques suppose de raisonner à structure d'âge égale.
Ne pas confondre corrélation et cause. Que les jeunes qui écoutent fort déclarent plus d'acouphènes ne prouve pas à soi seul le lien de cause à effet ; c'est le faisceau — mécanisme cellulaire connu, relation dose-effet, réversibilité de la fatigue auditive — qui l'établit.

$\leftrightarrow$ Proportions et pourcentages, organisation et exploitation de données, tableau croisé d'effectifs.

Exemple 13.16Trois chiffres publiés, et ce qu'on peut en dire

Dans son Rapport mondial sur l'audition, publié en mars $2021$ , l'Organisation mondiale de la santé avance trois résultats.

Environ $1, 5$ milliard de personnes vivent avec une perte auditive, dont $430$ millions ont une perte suffisamment importante pour nécessiter une prise en charge.
Ces nombres pourraient atteindre respectivement $2, 5$ milliards et $700$ millions en $2050$ .
Plus d'un milliard de jeunes adultes sont exposés à un risque de perte auditive évitable du fait de pratiques d'écoute dangereuses.

Le troisième chiffre est le plus important pour ce chapitre, et c'est aussi le plus fragile : il repose sur des estimations d'exposition, non sur des audiogrammes. Le mot évitable, en revanche, n'est pas une opinion : c'est la conclusion directe du mécanisme étudié ici. Les cellules ciliées ne repoussent pas, mais rien n'oblige à les détruire.

13.10 Histoire des sciences : du cornet acoustique à l'implant cochléaire

13.10.1 Amplifier, faute de mieux

Pendant des siècles, la seule aide possible fut mécanique : le cornet acoustique, large pavillon de métal qui collecte le son sur une grande surface et le concentre dans le conduit auditif. Beethoven en fit fabriquer plusieurs à partir des années $1810$ , sans qu'ils lui rendent l'audition. Le principe est juste — c'est celui du pavillon de l'oreille, poussé plus loin — mais il ne peut rien contre une cochlée abimée : amplifier un signal ne sert à rien si le récepteur est détruit.

L'électricité change la donne à la fin du XIX^e siècle. Le téléphone, breveté par Alexander Graham Bell en $1876$ — dont la mère et l'épouse étaient sourdes, et qui enseignait la parole aux sourds — met au point le microphone et l'écouteur, c'est-à-dire les deux organes d'une prothèse. Les premiers appareils auditifs électriques suivent de peu ; ils seront successivement à lampes, à transistors ( $1950$ ), puis numériques.

13.10.2 Stimuler le nerf directement

Vers $1800$ — Volta se met la pile aux oreilles. Alessandro Volta, inventeur de la pile, place les deux extrémités d'une batterie d'une quarantaine d'éléments au contact de ses deux oreilles. Il décrit une secousse dans la tête et un bruit de bouillonnement. L'expérience, qu'il ne renouvela pas, établit un fait considérable : l'audition peut être déclenchée par un courant électrique, sans aucun son. Il faudra cent cinquante ans pour en tirer parti.

$1957$ — Djourno et Eyriès, à Paris. Le physicien André Djourno et le chirurgien Charles Eyriès implantent chez un patient devenu sourd une électrode au contact du nerf auditif. Le patient perçoit des sons, distingue des rythmes, reconnait quelques mots simples après entrainement. Le dispositif est rudimentaire et ne dure pas ; l'idée, elle, est lancée.

$1961$ - $1972$ — William House industrialise. À Los Angeles, l'oto- rhino-laryngologiste William House reprend le principe et développe, en $1972$ , le premier implant cochléaire portable diffusé à un certain nombre de patients. Il ne comporte qu'une électrode : il rend les rythmes de la parole et aide à la lecture labiale, sans permettre la compréhension.

$1976$ - $1978$ — plusieurs électrodes, et la tonotopie mise à profit. À Paris, Claude-Henri Chouard développe un implant à plusieurs électrodes ; à Melbourne, Graeme Clark met au point en $1978$ un implant multicanaux. L'idée décisive est de respecter la tonotopie : chaque électrode, placée à un endroit différent de la cochlée, stimule la région qui correspond à sa bande de fréquences. On ne remplace pas les cellules ciliées, on imite leur organisation.

$1991$ — une stratégie de codage change tout. Les performances restaient médiocres pour la parole. Blake Wilson et son équipe montrent qu'en stimulant les électrodes les unes après les autres plutôt que simultanément, on supprime des interférences et l'on gagne d'un coup un progrès spectaculaire sur la compréhension des mots. Le progrès n'est ni chirurgical ni électronique : il est algorithmique. Clark, Wilson et l'ingénieure autrichienne Ingeborg Hochmair recevront pour cet ensemble de travaux le prix Lasker de recherche médicale clinique en $2013$ .

iRemarqueComprendre les cellules ciliées : une aventure toujours en

cours<div style='margin-top:8px' class='text-gray-700 leading-relaxed font-sans text-xs select-text'> Comment un mouvement de quelques nanomètres devient-il un signal électrique ? La réponse tient à de minuscules filaments qui relient les stéréocils entre eux et qui, en s'étirant, ouvrent des canaux moléculaires. L'élucidation de ce mécanisme et l'identification des gènes qui commandent ces protéines ont valu en $2018$ le prix Kavli de neurosciences à trois chercheurs, dont la Française Christine Petit, qui a identifié de nombreux gènes responsables de surdités héréditaires. Une part de ces surdités est aujourd'hui diagnosticable avant même l'apparition des symptômes.

iRemarqueUne controverse qui n'est pas scientifique

L'implant cochléaire soulève, au sein de la communauté sourde, un débat que la physiologie ne tranche pas. Pour une partie de cette communauté, la surdité n'est pas seulement un déficit à corriger : elle est le fondement d'une langue, la langue des signes, et d'une culture. Implanter très tôt un enfant sourd, au motif que la plasticité cérébrale ne dure qu'un temps, revient parfois à décider pour lui d'une appartenance.

Rappelons deux dates. En $1880$ , le congrès de Milan proscrit l'usage de la langue des signes dans l'enseignement des sourds au profit de la seule oralisation ; cette décision, prise par des entendants, pèsera un siècle. En France, la loi du $11$ février $2005$ reconnait la langue des signes française comme une langue à part entière.

La science dit ce que l'implant permet et ce qu'il ne permet pas, et à quel âge il est le plus efficace. Elle ne dit pas ce qu'une famille doit choisir. C'est un bon exemple d'une question où le savoir scientifique éclaire la décision sans la remplacer.

13.11 Bilan

Ce qu'il faut savoir

L'être humain ne perçoit qu'une partie des sons supérieurs à une intensité seuil, dans une gamme de fréquences comprise entre $20$ et $20000$ Hz ; cette perception varie selon l'âge et l'état auditif.
L'oreille externe canalise les sons vers le tympan, membrane vibrante qui transmet ces vibrations à l'oreille interne par l'intermédiaire de l'oreille moyenne.
Dans l'oreille interne, des cellules ciliées traduisent les vibrations en un message nerveux qui se propage vers des aires cérébrales spécialisées ; certaines permettent, après apprentissage, l'interprétation de l'univers sonore.
Au-delà de $80$ dB, un son peut devenir nocif selon son intensité et sa durée d'écoute, avec des effets sur la santé.
Les cellules ciliées, en quantité limitée, sont fragiles et facilement endommagées ; les dégâts peuvent être irréversibles et causer des problèmes auditifs, voire une surdité.
Des mesures d'atténuation du bruit et des dispositifs individuels de protection existent, et les appareils auditifs comme les protections ne cessent d'évoluer.

Ce qu'il faut savoir faire

Relier chaque structure de l'oreille externe et moyenne à sa fonction, et nommer les trois milieux traversés.
Analyser un audiogramme : distinguer une surdité de transmission (écart entre les deux voies) d'une surdité de perception (deux voies confondues et abaissées), reconnaitre la presbyacousie et l'encoche du traumatisme sonore.
Interpréter des données de microscopie sur les cellules ciliées, en comparant toujours à un témoin.
Interpréter des données d'imagerie cérébrale, en sachant ce qui est mesuré et ce qui a été soustrait.
Relier intensité et durée au risque : $t_{m a x} = 8 \times 0, 5^{(L - 85) /3}$ heures, et cumuler les fractions de dose.
Mesurer le niveau perçu en fonction de la distance, avec et sans protection, et retrouver la règle des $- 6$ dB par doublement.
Exploiter des données épidémiologiques en distinguant prévalence et incidence, déclaré et mesuré, et en traquant l'effet de l'âge.

Trois nombres à retenir

$20$ à $20000$ Hz est la bande audible. $85$ dB pendant $8$ heures est le repère de la dose quotidienne, et $+ 3$ dB divise cette durée par deux. Environ $15000$ cellules ciliées par oreille, et pas une de plus au cours d'une vie.

Ce que ce chapitre dit de la science elle-même

Il y a, dans ce chapitre, un enchainement rare : un mécanisme cellulaire connu, une relation dose-effet mesurable, une réglementation qui en découle, et un comportement individuel sur lequel chacun peut agir. Rien n'y est laissé au sentiment. On sait pourquoi le bruit détruit — parce qu'il casse des cils qu'aucune division cellulaire ne remplacera —, on sait à partir de quand, et l'on sait combien de temps.

Cette chaine complète, du microscope à la loi, est ce que la connaissance scientifique peut offrir de mieux à une décision publique. Mais elle a une limite, et le débat sur l'implant cochléaire la révèle : la science établit ce qui est possible et à quel prix, elle ne dit pas ce qui est souhaitable. Savoir que la période d'apprentissage des aires auditives est brève ne dit à personne s'il faut implanter un enfant. Le savoir éclaire le choix ; il ne le fait pas.

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