E3 Oreille moyenne : transmission et transformation de l'impédance

Topique

La pression acoustique atteignant le tympan, déjà façonné par le pavillon de l'oreille et le conduit auditif externe, provoque la vibration de cette membrane avec une force totale qui dépend de l'intensité de la pression acoustique reçue et de la surface du tympan mise en vibration. Cette même force totale, concentrée par la grande surface du tympan, est ensuite transmise à la surface beaucoup plus réduite de la fenêtre ovale, où l'étrier, le dernier des trois osselets de la chaîne ossiculaire, exerce une pression directe sur la périlymphe cochléaire. La concentration de cette force totale sur une surface beaucoup plus petite augmente la pression qu'elle exerce, de la même manière qu'une pression exercée avec un doigt sur une petite surface est plus forte qu'une pression exercée avec la même force sur une grande surface.

Cette même force totale, accumulée par la grande surface du tympan, est ensuite transmise à la surface beaucoup plus réduite de la fenêtre ovale, où l'étrier, le dernier des trois osselets de la chaîne ossiculaire, exerce une pression directe sur la périlymphe cochléaire. Outre la différence de surface entre le tympan et la fenêtre ovale, la chaîne ossiculaire elle-même ajoute un second gain de pression grâce à sa forme de levier : le marteau, premier osselet de la chaîne ossiculaire, possède un bras de levier plus long que l'enclume, deuxième osselet de la chaîne ossiculaire, auquel il s'articule. Lorsqu'un bras de levier plus long actionne un bras de levier plus court au niveau de cette articulation, le bras de levier le plus court se déplace avec une amplitude moindre mais avec une force supérieure. Ainsi, la chaîne ossiculaire transmet à l'étrier une force plus importante que celle avec laquelle le marteau la reçoit du tympan.

Le gain de pression dû à la différence de surface entre le tympan et la fenêtre ovale, et celui dû à la forme en levier de la chaîne ossiculaire, ne s'additionnent pas simplement mais se multiplient, car chacun agit sur le résultat du précédent : la chaîne ossiculaire applique son propre effet de levier à la force déjà concentrée depuis le tympan jusqu'au marteau. Combinés, ces deux gains permettent à l'oreille moyenne de délivrer à la périlymphe cochléaire une pression d'environ trente décibels supérieure à la pression acoustique initiale atteignant le tympan. C'est précisément ce gain qui permet à l'oreille moyenne d'adapter l'impédance beaucoup plus faible de l'air à l'impédance beaucoup plus élevée de la périlymphe cochléaire, sans que la majeure partie de la pression acoustique ne soit perdue par réflexion à l'interface entre les deux milieux.

Le gain d'environ trente décibels obtenu par l'oreille moyenne n'est pas uniforme à toutes les fréquences : le rapport entre la pression acoustique pénétrant dans le tympan et la pression transmise finalement à la périlymphe cochléaire varie selon la fréquence sonore. Ce rapport, fréquence par fréquence, est appelé fonction de transfert de l'oreille moyenne. Cette fonction dépend de la masse et de la rigidité du tympan et de la chaîne ossiculaire, qui réagissent plus fortement à certaines fréquences qu'à d'autres, de la même manière que le conduit auditif externe, de par sa forme, amplifie davantage certaines fréquences.

Grâce au gain dû à la différence de surface entre le tympan et la fenêtre ovale, au gain dû à la forme en levier de la chaîne ossiculaire et à la fonction de transfert de l'oreille moyenne, variable en fréquence, ce modèle permet de calculer, pour toute fréquence sonore, la pression transmise qui atteint finalement la périlymphe cochléaire à partir de la pression acoustique ayant initialement atteint le tympan. Ainsi, le modèle mécanique du levier de la membrane tympanique et de la chaîne ossiculaire par lequel débute cette description cesse d'être une simple explication qualitative de la raison pour laquelle l'oreille moyenne couple l'impédance de l'air à l'impédance de la périlymphe cochléaire, et devient un outil capable de simuler, pour chaque fréquence, la pression transmise que reçoit réellement la périlymphe cochléaire.

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