E1 Propagation du son dans les milieux biologiques

Topique

Lorsqu'une source sonore vibre, elle comprime et relâche alternativement les particules du milieu immédiatement adjacent. Ces particules, soumises à cette compression, ne se déplacent pas de façon permanente de leur position initiale, mais oscillent dans le même sens que la compression exercée par la source sonore. Cette oscillation, dans le même sens que la propagation de la perturbation et non perpendiculairement à celle-ci, définit une onde longitudinale. Or, dans tout milieu biologique, le son se propage toujours sous forme d'onde longitudinale.

Lorsque les particules du milieu adjacentes à la source sonore sont rapprochées par la compression qu'elles subissent, elles forment une zone de compression, une région où la pression est momentanément supérieure à la pression d'équilibre du milieu. Lorsque ces mêmes particules s'écartent lorsque la source sonore les relâche, elles forment une zone de raréfaction, une région où la pression est momentanément inférieure à la pression d'équilibre du milieu. Chaque zone de compression comprime les particules du milieu situées directement devant elle, ce qui provoque la formation d'une nouvelle zone de compression chez les particules plus éloignées de la source sonore, tandis que la zone de raréfaction initiale disparaît derrière elles. Ainsi, l'alternance entre zones de compression et de raréfaction se transmet d'un groupe de particules à l'autre, et cette alternance, transmise d'un point à un autre du milieu, est appelée pression acoustique.

La vitesse de transmission de la pression acoustique d'un groupe de particules à l'autre dépend de la rigidité des liaisons entre les particules du milieu et de leur masse : plus les particules sont liées et légères, plus elles se repoussent rapidement et plus la pression acoustique se propage vite dans ce milieu. C'est pourquoi la vitesse du son n'est pas la même dans l'air, dans la lymphe qui remplit certaines cavités de l'oreille interne et dans le tissu osseux qui constitue une partie du crâne : les particules du tissu osseux sont beaucoup plus liées entre elles que les particules de lymphe, et ces dernières sont elles-mêmes plus liées que les particules d'air. Par conséquent, la pression acoustique se propage plus lentement dans l'air, plus vite dans la lymphe et encore plus vite dans le tissu osseux.

La vitesse du son dans un milieu donné, ainsi que la fréquence à laquelle la source sonore comprime et relâche les particules de ce milieu, déterminent la longueur d'onde : la distance entre deux zones de compression successives dans ce même milieu. Plus la vitesse du son est élevée dans un milieu, plus la longueur d'onde est grande pour une fréquence donnée de la source sonore, car la pression acoustique parcourt une plus grande distance avant que la source sonore ne comprime à nouveau les particules du milieu dans la même direction. Outre la longueur d'onde, la pression acoustique possède également une intensité : plus la source sonore comprime fortement les particules du milieu environnant, plus la différence de pression entre chaque zone de compression et chaque zone de dilatation est importante, et plus l'intensité de la pression acoustique qui se propage finalement dans le milieu est grande.

Cette chaîne complète de compressions et de dilatations transmise d'un groupe de particules à l'autre dans le milieu constitue, en substance, le moyen par lequel la pression acoustique se propage de la source sonore au pavillon de l'oreille, la partie visible de l'oreille qui reçoit finalement cette pression acoustique et la dirige vers le reste du système auditif. La vitesse du son, la longueur d'onde et l'intensité décrites par ce modèle ne sont pas des propriétés fixes de la pression acoustique en soi, mais plutôt des propriétés qui dépendent du milieu de propagation de cette pression à chaque étape de son parcours : air, lymphe ou tissu osseux. Par conséquent, tout calcul ultérieur de la propagation du son jusqu'au pavillon de l'oreille, puis vers le reste de l'oreille, doit au préalable identifier le milieu traversé par la pression acoustique à chaque étape.

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