Entendre et protéger son audition
Cours · enseignement scientifique (première), chapitre 13 · première, enseignement scientifique · le début du chapitre, la suite sur Adloun
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.
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 se calcule à partir de l'intensité et de l'intensité de référence Wm par et surtout que doubler l'intensité n'ajoute que dB, tandis que la multiplier par dix en ajoute . 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
L'être humain ne perçoit qu'une partie des sons supérieurs à une intensité seuil et dans une gamme de fréquences entre et 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 Hz à dB ne s'entend pas ; un son de Hz à dB non plus. Et ces limites ne sont pas les mêmes pour tous ni pour toujours.
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 dB pour un son de 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 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.
au-dessus de la courbe bleue et à l'intérieur de la bande – Hz. L'oreille est la plus sensible entre et kHz — c'est-à-dire précisément dans la bande où se joue l'intelligibilité de la parole. Ce n'est pas une
coïncidence.La courbe de seuil descend au-dessous de dB entre et 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 cm et amplifie de dix à quinze décibels autour de 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.
La limite supérieure recule tout au long de la vie. À ans, beaucoup perçoivent encore kHz ; à ans, la limite est souvent descendue vers kHz ; à ans, vers 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
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.
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.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 cm, fermé à une extrémité, il se comporte comme un tuyau sonore et amplifie par résonance la bande – 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
Le tympan est une membrane fine, d'environ mm 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 mm donnant sur le liquide de l'oreille interne. L'étrier mesure environ 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.
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.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
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 cm fermé à une extrémité. Il canalise, protège, et amplifie par résonance autour de 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
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 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.
La cochlée est un conduit rempli de liquide, enroulé en spirale sur deux tours et demi, et long d'environ 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 cellules ciliées internes, alignées sur un rang, et environ 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.