Les ondes sonores pour sauver des vies et améliorer la santé

Le saviez-vous? Les sons, ou plutôt les ondes sonores qui les composent, ont des vertus tout à fait admirables tant pour les domaines de la santé que de l’environnement. Plusieurs techniques ont ainsi été développées à partir de l’utilisation des vibrations d’infrasons ou d’ultrasons. Que ce soit au titre d’appareils fréquemment utilisés dans le médical ou de prototypes en cours de développement, voici un petit tour d’horizon des différentes machines faisant appel aux ondes sonores.

Un peu de science d’abord

Quand une source sonore est jouée sur un haut-parleur, celui-ci agite sa membrane d’avant en arrière créant des zones de compressions et dépressions en fonction des fréquences jouées et de leur intensité. Les ondes sonores vont ainsi voyager dans l’air, avec une énergie décroissante sur la distance (son énergie sera maximale à la sortie du haut-parleur et nulle des dizaines de mètres plus loin). Parmi les fréquences émises certaines sont audibles, d’autres non. L’oreille humaine, de part sa structure, permet d’entendre des fréquences comprises entre 20Hz et 20’000Hz (correspondant à 20 et 20’000 oscillations par seconde). Il nous est donc impossible d’entendre des fréquences situées en-dessous de 20Hz (nommées les infra-graves ou infrasons) et au-dessus de 20’000Hz (les ultrasons). Chez les personnes adultes il est même assez rare que les gens puissent entendre encore jusqu’à 20’000HZ, l’ouïe se perdant petit à petit avec l’âge. Les enfants et adolescents ont donc des oreilles encore « jeunes » (pour autant qu’ils n’aient pas subi de dommage dû aux nombreuses sorties en boîte de nuit). Fort de ce constat, plusieurs entreprises ont développé un appareil nommé « Mosquito » qui émet de très hautes fréquences. Dans quel but? Celui de disperser des foules d’ados trop bruyantes et au comportement jugé anti-social. Mais là n’est pas le sujet de notre article.

La science dont nous allons parler utilise les ondes sonores pour les faire interagir avec l’environnement ou la matière comme une flamme ou un corps humains par exemple. Bien qu’elles soient inaudibles, ces ondes sonores ne sont pourtant pas invisibles d’un point de vue énergétique et peuvent tout à fait être ressenties physiquement. Ainsi, certains films font usages d’infra-graves sur les systèmes audio des cinémas non pas pour que celles-ci soient entendues mais ressenties à travers les vibrations que les ondes exercent sur la cage thoracique. On s’en prend donc littéralement plein la gueule et ça fonctionne! Regardez un film comme Godzilla (2014) et vous comprendrez. La sensation est visuelle, auditive et physique! Pour vous rendre compte de la puissance que peuvent dégager de basses fréquences je vous propose de regarder ceci. 🙂

Passons à la pratique

Maintenant que nous avons vu la théorie, revenons à nos moutons et au sujet de cet article. L’utilisation des oscillations (ou vibrations) des particules d’air permet ainsi de faire vibrer l’élément avec lequel il entre en interaction. Ceci peut susciter divers types de réactions allant parfois même jusqu’à casser des objets. Dans la Lithotritie ultrasonique, ce sont par exemple des calculs rénaux qui sont détruits via des ondes de chocs créées à très haute fréquence. Celles-ci font vibrer le calcul rénal qui finira par éclater en de multiples morceaux beaucoup plus petits et plus faciles à éliminer (celui-ci explosera comme un verre en cristal lorsque la Castafiore chante dans les albums de Tintin). A l’inverse, dans la Lithotritie électrohydraulique ce sont des ondes de chocs qui sont produites à une fréquence de 1Hz (soit 1 fois par seconde), soit des milliers de fois plus lentement. Elles se situent donc à l’opposé dans les infra-graves et ont une puissance plus importante et plus ponctuelle. Dans les 2 cas cités, les techniques utilisées ont l’avantage d’être des techniques extracorporelles et de ne pas nécessiter d’intervention chirurgicale. Plus de détails dans la vidéo suivante.

Une autre utilisation bien connue des ultrasons, c’est l’échographie. Grâce aux ondes générées par un appareil et un capteur qui reçoit les échos du premier appareil en retour, il devient possible de créer une image tridimensionnelle du fœtus dans l’utérus. En faisant varier la valeur de la fréquence envoyée (comprise entre 1,5MHz à 50MHz) on pourra distinguer diverses parties et détails du corps du futur bébé. C’est exactement le même principe que le système de sonar des sous-marins ou des chauve-souris. Ces dernières se repèrent non pas comme nous à la lumière, mais à l’aide de leur ouïe via les ultrasons. Tout cela est très bien expliqué en quelques secondes dans la vidéo suivante.

https://youtu.be/b0O6R-h3zZU

Nous avons beaucoup parlé des ultrasons mais qu’en est-il des infrasons? Deux étudiants ingénieurs de l’université George Mason en Virginie (USA) ont ainsi développé un extincteur portable à base d’ondes sonores. Un générateur émet des fréquences très graves (donc très puissantes) via un caisson de basse (subwoofer), placé en bout d’extincteur. A la sortie du tube, les ondes sonores viennent faire vibrer l’air et parviennent ainsi à séparer l’oxygène du carburant en feu. Or rappelons-le, le feu est composé d’air et s’il n’y en a plus pour l’alimenter, celui-ci meurt (un petit feu peut être étouffé à l’aide d’une couverture car celle-ci lui coupe son apport d’oxygène). Petite démonstration de l’appareil dans la vidéo suivante.

Un autre exemple ici avec un appareil de plus grande taille.

Fort de l’idée que leur extincteur est une réussite, les deux étudiants voient déjà large et s’imaginent équiper les cuisines des particuliers voire même des drones radio commandés par les pompiers pour combattre les feux de forêt. L’intérêt majeur de cette technique est qu’elle ne nécessite ni eau, ni produit chimique et que l’impact sur l’environnement est nul. Un grand bravo pour ce projet simple et écolo! On se réjouit de voir ce que la science nous réserve encore dans le futur!