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Le son et l’oreille

mardi 9 août 2011 par Joëlle Mirabaud

TPE de S, par Benjamin BOSSUET, Jérôme QUEIGNEC et Jounaid SABRI.

Sommaire
Problématique :
- Observations : le son, les 3 parties de l’oreille
- Question : comment un son peut-il détériorer l’audition ?
- Hypothèse : Ses vibrations détruiraient des éléments internes.

Validation expérimentale :
- Construction d’une modèle d’oreille interne
- Description des modifications après action de vibrations sonores
- Interprétation

Les dangers du son
- Causes et conséquences
- La dangerosité d’un son est définie sur trois critères
- Comment se protéger du bruit ?

Conclusion

Bibliographie

Problématique
Observations :

A) le son : pour parler de l’oreille et de l’audition, il nous faut d’abord expliquer ce qu’est un son, qui est l’objet de cette perception auditive. Le son est une vibration de l’air, c’est-à-dire une suite de surpressions et de dépressions de l’air par rapport à une moyenne, qui est la pression atmosphérique.
Pour s’en convaincre, il suffit de placer un objet bruyant (un réveil par exemple) dans une cloche à vide pour s’apercevoir que l’objet initialement bruyant émet peu de son dans un air peu dense. Vous me direz que la cloche fait obstacle, mais le décibelmètre sous la cloche le confirme !
L’expérience de la bougie dansante montre qu’une onde sonore, produite par un caisson de basse, s’accompagne d’un déplacement d’air. La flamme bouge en rhytme :
Une onde sonore est caractérisée par trois paramètres essentiels, liés entre eux :
- Sa vitesse
-  Sa fréquence : sons graves et sons aigus (en hertz). Voici 3 ondes sinusoïdales. La première a 2 périodes soit une fréquence de 1/2. La deuxième onde est aigüe (F = 1/4), la troisième est grave (F = 1). Par ailleurs : voici le champ de l’acuité auditive de l’oreille humaine
- Son amplitude : le son mesuré en décibels peut être fort ou doux : En musique on peut rajouter une autre caractéristique, le timbre qui permet de différencier deux sons de même fréquence et de même amplitude. C’est ainsi que l’on reconnaîtra, à l’oreille, deux instruments jouant une même note ou une personne qui parle. Le timbre est constitué d’un ensemble de sons dont les fréquences constituent le spectre. La richesse du spectre permettra de dire qu’un son est riche, brillant, profond...
En musique on peut rajouter une autre caractéristique, le timbre du son. Il permet de différencier 2 sons de même hauteur et de même amplitude. C’est ainsi que l’on reconnaîtra, à l’oreille, 2 instruments de musique jouant une même note ou une personne qui parle. Le timbre est constitué d’un ensemble fréquences appelé spectre. La richesse du spectre permettra de dire qu’un son est riche, brillant, profond...

B) L’oreille : En résumé, les sons sont captés par l’oreille externe et sont transmis vers le conduit auditif. Les vibrations du son provoquent un mouvement du tympan et de la chaîne de trois petits os qui lui sont reliés (oreille moyenne). Les vibrations sont transmises dans la cochlée où se trouvent des milliers de cellules ciliées. L’onde sonore provoque le déplacement des cellules ciliées qui génèrent alors des signaux électrochimiques dans les fibres nerveuses associées, transmises par le nerf auditif jusqu’aux aires cérébrales auditives.

Question : comment un son peut-il détériorer l’audition ?

Hypothèse : Ses vibrations détruiraient des éléments internes.

Validation expérimentale
Protocole expérimental :

Pour répondre à la problématique, nous avons construit un modèle représentant les cellules ciliés immergées dans un liquide : l’endolymphe, dans la cochlée.
Notre modèle a été réduit aux éléments clefs : la cochlée est modélisée par une boite en plastique transparent. Les cellules ciliées sont modélisées par des balles de ping-pong alignées et fixées par un axe central les perforant tout en permettant leur oscillation, les cils sont des poils fauchés sur une brosse à cheveux, collés sur le sommet de chaque balle. Ces "cils" baignent dans un liquide rendu un peu visqueux après chauffage avec un peu d’agar-agar, mimant l’endolymphe. La membrane tectoriale est modélisée par une petite boite en plastique posée sur les cils. L’eau la porte partiellement mais elle ne flotte pas.

Résultat :
L’onde sonore produite par notre caisson de basse crée une onde dans le liquide et déplace la petite boite. Les cils ploient d’autant plus que le son est fort. Certains cils se sont cassés quand ils ont été trop compressés entre les balles et la petite boite.

Interprétation :
Un son peut endommager l’oreille interne si l’amplitude de l’onde sonore est assez grande pour écraser et casser les stéréocils contrela membrane tectoriale. La cassure des cils est irréversible.

Les dangers du son
A) Causes et Conséquences

Voici le champ de l’acuité auditive de l’oreille humaine :
On peut se boucher les oreilles si on a conscience d’un son trop fort. Mais si ce son est hors de notre perception, nous ne ferons rien pour protéger nos oreilles.

Le son peut endommager l’oreille de diverses façons :
- Le traumatisme acoustique aigu : dommage auditif causé par un bruit bref de très forte intensité (explosion). Les lésions sont souvent générées au niveau du tympan.
- L’acouphène : sensation de tintement ou bourdonnement. Il est beaucoup entendu par les jeunes de nos jours (baladeur numérique, boites de nuit trop sonores...). Les acouphènes peut être aussi produits par une pression forte (bouchon de cérumen ou hypertension).
- Le déficit auditif temporaire : phénomène qui se manifeste immédiatement après une longue exposition à un niveau sonore élevé (boite de nuit, concert,...). Un rétablissement complet peut prendre plusieurs heures voir plusieurs jours.
- Le déficit auditif permanent : il se manifeste peu à peu, lorsque l’exposition au bruit se prolonge année après année (ou bien lorsqu’une personne ayant un déficit auditif temporaire, ne repose pas suffisamment son oreille). Lorsqu’on s’en rend compte, il est malheureusement trop tard et les dommages subis sont irréversibles.

B) La dangerosité d’un son :
Elle est définie sur trois critères : sa durée, sa fréquence, mais surtout son intensité. Un son est dangereux à partir de 85dB. Jusqu’à ce seuil, le risque pour l’oreille est minimum. Mais au-delà le risque s’accroît rapidement puisque, d’après l’échelle logarithmique, le bruit augmente de 3dB alors que son énergie double. Par exemple, deux voitures produisant un son de 45dB ne produisent pas à elles-deux 90dB mais 48dB. Aux alentours de 160 dB les tympans éclatent.

Échelle des facteurs de troubles auditifs :

En France, hors Paris, on estime que plus de 23 habitants sur 1000, soit plus de 1,3 millions de personnes, sont exposés à des niveaux sonores moyens quotidiens de plus de 68 décibels, engendrés par les grandes infrastructures routières. La nuit, près de 600 000 personnes sont gênées par un trafic routier important.

La jeunesse est la première catégorie de la population touchée par les effets néfastes du bruit. Non seulement elle subit les bruits ambiants mais ses loisirs sont aussi très bruyants (baladeurs mp3, boites de nuit, concerts,...). Ainsi, 37% des 15-19 ans ont au moins un indice fréquent de troubles de l’audition dans la vie quotidienne (enquête IPSOS – JNA – AG2R - 2003).

C) Comment se protéger du bruit ?
A part la jeunesse qui se soumet volontairement a des bruits très forts, le reste de la population subit dans la rue, chez soi à cause des sons provenant de l’extérieur, sur le lieu de travail, des bruits capables d’affecter la capacité auditive. Se protéger n’est pas si évident lorsque les sons pouvant nous affecter pourrait survenir à tout moment.

Pour se protéger chez soi, le ministère de l’écologie a mis en place en octobre 2003 un plan national d’action contre le bruit. Il prévoit notamment :
- une isolation phonique des logements proches des grands aéroports, axes routiers et ferroviaires.
- une isolation acoustique des façades d’immeubles, des lieux collectifs (cantine, école, crèche...)
- la destruction des pots d’échappement des deux roues non conformes.
- la réduction du bruit à la source (frein des trains, aéroports...)
La protection intervient surtout dans les logements qui étaient autrefois très négligés en matière d’isolation phonique (et d’isolation tout court aussi) :
- Logements construits entre 1970 et 1996 : le niveau sonore ne doit pas y dépasser 35 dB dans les pièces principales pour une émission extérieure de 80dB.
- Logements antérieurs à 1970 : même dans le cas d’une rénovation actuelle d’immeuble ancien, aucune exigence n’est fixée au promoteur en ce qui concerne la qualité acoustique.
L’isolation des murs et cloisons doit être complétée par la fermeture des portes. Un bruit est partiellement absorbé par les éléments de la construction, le reste est véhiculé par l’air pour atteindre la pièce voisine.

Pour se protéger au travail : a réduction des bruits se traduit notamment par :
- La mise en œuvre d’autres procédés de travail ne nécessitant pas d’exposition au bruit ou nécessitant une exposition moindre.
- Le choix d’équipements de travail appropriés émettant le moins de bruit possible.
- La modification de la conception et de l’agencement des lieux et postes de travail.
- L’information et la formation adéquates des salariés afin qu’ils utilisent correctement les équipements de travail en vue de réduire au minimum leur exposition au bruit.
- Des moyens techniques pour réduire le bruit aérien en agissant sur son émission, sa propagation, sa réflexion, tels que réduction à la source, écrans, capotages, correction acoustique du local.
- Des moyens techniques pour réduire le bruit de structure, par exemple par l’amortissement ou par l’isolation.
- Des programmes appropriés de maintenance des équipements de travail et du lieu de travail.
La réduction de l’exposition au bruit par une meilleure organisation du travail, en limitant la durée et l’intensité de l’exposition et en organisant convenablement les horaires de travail, prévoyant notamment des périodes de repos.
On note donc que les mesures de préventions sont extrêmement nombreuses, elles ne se réduisent pas simplement à une protection du salarié en mettant un casque, mais elles touchent tout le lieu de travail qui doit être modifié et réorganisé.

Conclusion
On constate un vieillissement prématuré de l’audition des populations des pays développés depuis bientôt presque 30ans.
Le responsable : le bruit qui s’est beaucoup développé ces dernières années, surtout à cause de l’industrialisation, le développement des moyens de transport, l’exode urbain et l’apparition des musiques électroniquement amplifiées.
Entre 7 et 8 millions de personnes souffrent aujourd’hui de mal audition ou d’acouphènes. On peut tout à fait concevoir que passer une journée sans rien entendre nous deviendrait vite insupportable lorsqu’on a l’habitude du bruit ambiant. Cela deviendrait même angoissant. On se retrouverait dans l’incapacité à communiquer par exemple, ce qui nous couperait aussitôt du monde extérieur et déséquilibrait notre vie sociale. Les sons qui nous entourent font partie de notre vie et il est indispensable de les percevoir correctement.
Cependant, les jeunes de nos jours ne semblent pas se préoccuper de cette réalité ci. On peut se douter qu’ils le regretteront plus tard l et c’est pourquoi de plus en plus d’études ont lieu à ce sujet pour prouver que le bruit est un danger réel et croissant.
De nombreuses précautions et protections ont donc été mises en place. On peut par exemple voir sur chaque baladeur mp3 ou autre : « A pleine puissance, l’écoute prolongée de cet appareil peut endommager l’oreille de l’utilisateur »
Les isolations phoniques apparaissent aussi partout, dans les logements, dans les voitures,... Et des textes de lois préviennent de plus en plus des dangers du son.
Cependant toutes ces précautions ne servent pas à grand-chose si l’on y prête guère d’attention.

Bibliographie :
- http://dangersduson.free.fr/
- http://sentops.canalblog.com/


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Lycée Jules-Hardouin Mansart de Saint Cyr L’Ecole (académie de Versailles)
Directeur de publication : Christine Joureau