THEORIE DE L'ECHANTILLONNAGE COCHLEAIRE

Eoliennes. 

Effets nocifs présumés du bruit et modélisation

Roland CARRAT

Oto-rhino-laryngologiste

Lauréat de l’Académie de Médecine

____

Le but de cette étude n’est pas de prendre parti pour ou contre le choix de l’éolien dans le secteur énergétique français. Il s’agit essentiellement de rechercher dans quelle mesure la production d’Infra-sons rapportée à cette technologie pourrait être reliée à la survenue d’effets nocifs sur la santé et de proposer un modèle susceptible d’en rendre compte.

Les effets nocifs des I-S sont essentiellement liés à la perception binaurale des ondes sonores et à la naissance intra-cérébrale d’un battement

1.1. La presse

Depuis des années, la presse et les médias se sont emparés de l’impact des éoliennes sur l’environnement et la santé humaine.

« Le secteur éolien (est) en proie à de vifs affrontements idéologiques entre les « anti » et les promoteurs »(°). Il est même source de chicanes judiciaires. La fronde anti-éoliennes prend de l’ampleur »(°°). De nombreuses associations jouent sur les angoisses de la population, propageant des idées reçues.

(°) Le Figaro Magazine. 26 oct 2018 Le grand vent de la colère

(°°) Le Figaro. La fronde anti-éoliennes prend de l’ampleur. 7/8/2018

1.2. Les plaintes. les doléances

Les plaintes exprimées sont diverses. On relève un nombre croissant de plaintes qui portent aussi bien sur la dégradation de l’environnement, que sur la qualité de vie des riverains : nuisances visuelles, laideur, défiguration du paysage par implantation exagérée à proximité des habitations, encerclement des habitations, effet d'écrasement, flashs lumineux, effets stroboscopiques, nuisances sonores (bruits lancinants provoqués par le sifflement du vent dans les pales ou leur passage devant les mâts), résonances corporelles, retentissement psychologique, etc., enfin de multiples troubles organiques attribués à un effet nocif du bruit.

2. La mise en cause des infra-sons. Les données sont bien connues.

On s’accorde à attribuer la majeure partie de ces troubles à la production et la diffusion d’ondes infra-sonores par les éoliennes.

Nature

Les infrasons sont des ondes sonores de basse fréquence : ce sont à la fois des vibrations mécaniques et des oscillations acoustiques. Leur fréquence se situe au dessous de la limite inférieure du champ auditif normal et en moyenne autour de 20 Hz.

Pour des fréquences encore plus basses, ils ne sont généralement plus perceptibles par l’oreille. Ils sont cependant encore ressentis en tant que phénomène vibratoire; par exemple au niveau de la cage thoracique, l’abdomen, la peau, les globes oculaires, les muscles, le squelette ou la boite crânienne ou d’autres organes internes susceptibles d’entrer en résonance. A de très fort niveaux, ils provoquent cependant une fausse sensation de « tonalité ».

Le seuil de perception des « fréquences » les plus basses des infrasons (et non d’audibilité) varie avec la fréquence. Il se situerait schématiquement à 120 dB pour 1 Hz, 105 dB pour 8 Hz, 95 dB pour 16 Hz. théoriquement)(18). Il augmenterait d’au moins 40 dB pour des mesures effectuées à une distance de 100 m (18).

La bande de fréquence de 20 à 40 Hz est une zone de transition entre les infrasons et les sons audibles . De 40 Hz et jusqu'à 100 Hz, on admet que l'on a affaire à des sons audibles « basse-fréquence ». Comme pour toutes les fréquences audibles, une écoute binaurale semble améliorer la sensibilité aux infrasons (de 3 dB par rapport à une écoute monaurale)(18).

Naissance et production des I-S

Les I-S proviennent pour la plupart des bruits industriels, y compris ceux des éoliennes, (16).

On considère comme appartenant au domaine des I-S les ondes de fréquences de 0 à 20-30 Hz et qui se propagent essentiellement dans les gaz et les liquides, alors que les vibrations dans des corps solides sont rattachées à la science des « vibrations mécaniques » (4).

Les sources d’I-S sont nombreuses et variées. Elles peuvent venir s’ajouter à celles des

éoliennes. Pour mémoire :

• certaines musiques (ex : musique électronique drum and bass),

• les moyens de transport motorisés classiques (motos, mobylettes, scooters, automobiles, camions, hélicoptères, avions, bateaux à moteur, trains/TGV...)

• certaines machines lourdes et à moteurs tournants notamment de climatiseurs et ventilateurs industriels, pompes et compresseurs industriels, machines à sécher, broyeurs, centrifugeuses à béton, marteaux-pilons, vibreurs, ou encore certaines machines à laver essoreuses, etc.

• les éléments climatiques naturels (vent, tonnerre, etc.).

• même lorsqu’elles sont inaudibles parce que d'intensités trop faibles, de nombreuses activités quotidiennes (16)

La vie moderne et certains métiers exposent l’individu à de nombreuses sources artificielles d'infrasons ou à l’occasion d’évènements apparemment étranges : résonance dans les conduits d’aération de ventilateurs, locaux désaffectés (syndrome du bâtiment malsain), résonance d’un tunnel routier proche.

Propagation et atténuation des infrasons

Les I-S se propagent très bien sous forme d’ondes sphériques dans tous les milieux liquides (eau), gazeux (air) ou élastico-solides (sol, structures, infrastructures construites, etc.)

Ils se propagent dans l’air à une vitesse identique à celle des ondes audibles, soit de l’ordre de 330 m/s.

La longueur d'onde d'un son étant inversement proportionnelle à sa fréquence, celle d'un infrason de 20 Hz est d'environ 16 mètres, de 34 m dans l’air lambda pour 10 Hz (16) donc à des longueurs très supérieures à la taille de la plupart des êtres vivants, notamment de l'homme.(4, 18).

Les infrasons sont peu freinés. L’amortissement de l’intensité acoustique des I-S lors de la propagation à travers l’atmosphère, résulte d’une part de la diffusion dans toutes les directions en ondes sphériques (6 dB de moins chaque fois que double la distance) et de la diffraction des ondes sonores, d’autre part de l’absorption de l’énergie acoustique et de sa transformation en chaleur.

Ils sont peu absorbés dans l’air (les molécules de l’air ne diminuent l’énergie d’une onde infrasonore de 10 dB que d’environ 0,1 dB par kilomètre, soit 100 fois moins que les 10 dB/km absorbés par l'air pour des sons audibles de 1kHz).

Leur absorption est beaucoup plus faible que celle des fréquences aiguës (une composante de 10 Hz est 104 fois moins absorbée qu’une de 1000 Hz ) : la propagation des I-S est donc meilleure que celle des aigus et leur source peut être très éloignée.

De plus, le milieu stratifié de l’atmosphère se comporte en guides d’ondes qui favorisent leur propagation à longue distance.

Leur gamme de fréquence (grandes longueurs d'onde, par exemple 34 m pour une fréquence de 10 Hz,) rend difficile la mesure de la directivité de la source et la localisation précise de leur origine.

Effets physiques sur l’organisme

Lorsqu'un corps, objet ou être vivant, est exposé à des infrasons propagés par voie aérienne, ce corps se trouve immergé dans un champ vibratoire (« acoustique ») et soumis nécessairement à des variations de pression. Elles sont susceptibles de s’exercer :

- soit sur ses organes contenant de l'air et communiquant ou non avec l'extérieur (c'est-à dire, chez l'homme, la caisse du tympan, le tractus digestif, l'arbre respiratoire avec glotte ouverte ou fermée), et donner naissance à des phénomènes de résonance : le thorax résonne entre 40 et 60 Hz, l'abdomen faiblement entre 4 et 8 Hz. L'ouverture de la glotte permet au contenu aérien thoracique d'entrer en résonance à 1 Hz,

- soit sur des organes solides, et pouvant entraîner des vibrations. (osseuses par exemple).

Les effets physiques sur l’organisme des I-S peuvent être ressentis dans toutes les directions et à de grandes distances. Pour deux raisons :

- d’une part parce que les ondes émises par un générateur d'infrasons étant pratiquement sphériques, elles rayonnent de façon centrifuge et multidirectionnelle (alors qu’un émetteur d'ultrasons rayonne pratiquement dans une seule direction),

- d’autre part, parce que la perte d'énergie en fonction de la distance est faible pour les fréquences graves alors qu’elle est très importante pour les fréquences aiguës. Ainsi, à plusieurs centaines de mètres d'une source de bruit intense, les fréquences aiguës ont pratiquement disparu, et seuls persistent les médiums, les fréquences graves et les infrasons.

(on sait de longue date que la faune, les éléphants, les grands cétacés, sont capables de percevoir les I-S à de très grandes distances).

A noter que des effets physiques et physiologiques semblables à ceux des IS peuvent apparaître lors de la propagation de variations de pression (vent) et qu’ils ne doivent pas pour autant être rapportés à des effets des ondes infra-sonores (4)

L’expérimentation sur modèle animal n’a pas apporté de données probantes sur les effets physio-pathologiques des I-S, sauf uniquement en cas d'expositions chroniques et de haut niveaux "sonore" (si bien qu'aux alentours de 165 dB on pourrait observer par résonance une respiration passive modulée par l'infrason).

Chez l’homme, aux niveaux naturels courants, l'exposition de courte durée aux infrasons n'a pas d'effets connus. Par contre, à forte puissance, les infrasons ont des effets mécaniques et physiologiques nocifs, voire destructeurs.

3. Effets physio-pathologiques attribués aux I-S: « Le syndrome des éoliennes » (18)

Les I-S sont périodiquement accusés dans les medias d’être non seulement gênants, mais aussi nocifs (1). Il en est ainsi à propos des éoliennes.

Les troubles rapportés comportent une série de symptômes d'ordre neurologique, psychologique, endocrinien, cardio-vasculaire, qui ont été récemment regroupés dans un rapport exhaustif publié par l’Académie de Médecine de Paris en 2017 sous l’appellation de « syndrome des éoliennes » (18). A ce syndrome on rattache un ensemble de symptômes très divers :

- « généraux », comme les troubles du sommeil, la fatigue, les nausées ;

- neurologiques, comme les céphalées, les ac ouphènes, les troubles de l'équilibre, les vertiges ; 

- psychologiques, comme le stress, la dépression, l'irritabilité, l'anxiété, les difficultés de concentration, les troubles de la mémoire ;

- endocriniens, comme la perturbation de la sécrétion d'hormones stéroïdes ;

- cardio-vasculaires, comme l'hypertension artérielle, les maladies cardiaques ischémiques, la tachycardie ;

- socio-comportementaux, comme la perte d'intérêt pour autrui, l'agressivité, la baisse des performances professionnelles, les accidents et arrêts de travail, l'obligation de déménager, la dépréciation immobilière.

Des troubles approchants mettant en cause des infrasons ont même été évoqués, comme la survenue de crises d’épilepsie provoquées. De même que la répétition de flashs lumineux a pu être accusée de provoquer des crises d’épilepsie par entraînement de réseaux de neurones du cortex visuel, on suspecte qu’il en pourrait en être de même à propos des flashs acoustiques.. (°)

(°)La presse (Fig. 13.5.17)

4. La nuisance des éoliennes est difficilement reconnue. Elle est même réfutée.

A la suite d’expertises menées dans les années 2000-2017, en réponse à la crainte suscitée par les IS, on a argumenté que (l'Anses : Agence de sécurité sanitaire)

- les niveaux émis sont de l'ordre de ceux des sources naturelles (vent),

- les sons émis par les éoliennes ne sont pas uniques

- les vibrations des éoliennes transmises par le sol sont trop faibles pour être détectées par les humains et pour avoir des effets sur leur santé .

- « les symptômes rapportés :

1) ne semblent guère spécifiques et peuvent s'inscrire dans ce qu'il est convenu d'appeler les Intolérances environnementales idiopathiques ;

2) peuvent avoir une base organique comme les troubles du sommeil ou les équivalents du mal des transports

3) sont dans la très grande majorité d'entre eux plutôt de type subjectif, fonctionnel, ayant pour point commun les notions de stress, de gêne, de contrariété, de fatigue... ;

4) ne concernent qu'une partie des riverains, ce qui soulève le problème des susceptibilités individuelles, quelle qu'en soit l'origine). » Ils seraient même de type nocebo (effet inverse de l'effet placebo) qui engendre des effets et un ressenti négatifs quand on pense "être exposés à des infrasons inaudibles" alors qu'on ne l'est pas, mais qui correspond à un stress réel » .

et en conclusion que :

- « Il n'y a aucune raison de croire, en se fondant sur les niveaux sonores et les fréquences de ces sons, que les sons des éoliennes puissent, de manière plausible, avoir des effets directs nocifs pour la santé ».

- « le rôle des I-S souvent incriminé peut-être raisonnablement mis hors de cause à la lumière des données physiques, expérimentales et physiologiques … sauf peut être dans la survenue de certaines manifestations vestibulaires, toutefois très mineures en fréquence par apport aux autres symptômes » (18)

- les résultats des mesures ainsi que les données scientifiques, épidémiologiques et médicales disponibles sur les risque pour la santé « ne justifient ni de modifier les valeurs limites d'exposition au bruit existantes, ni d'étendre les fréquences sonores actuellement considérées dans la réglementation aux infrasons et basses fréquences sonores ».

5. La persistance des doléances incite à reconsidérer l’impact des IS

En dépit de l’argumentation d’une absence de nocivité des IS, Il est difficile de repousser sans autre forme de procès les innombrables plaintes soulevées par les éoliennes, ce qui justifie de rechercher un modèle aussi cohérent que possible pouvant rendre compte des problèmes soulevés par cette technologie.

5.1. La recherche d’un modèle doit nécessairement s’appuyer sur les données reconnues :

- les IS sont des vibrations mécaniques : à la base, on s’est intéressé essentiellement à leur aspect acoustique alors qu’ils ne représentent qu’une petite partie de la mécanique (vibrations, oscillations). Le canal acoustique a été privilégié aux dépens du canal vibratoire et le système sensoriel tactile complètement éludé.

- leur propagation dépend du milieu et des obstacles qu’ils sont susceptibles de rencontrer. Ils sont dès lors soumis aux mêmes lois : propagation, diffraction, réflexion, absorption, etc. ce sont des phénomènes acoustiques

- les I-S ne se présentent pas isolément dans la nature ;

- chaque éolienne est susceptible de produire des I-S (du fait de sa vitesse de rotation)

- on ne doit pas retenir les effets d’une seule éolienne, mais aussi ceux de leur addition (d’un champ d’éoliennes)

- la propagation d’un I-S est nécessairement influencée dans l’environnement aérien naturel par les caractères physiques du milieu : la densité, la température, les courants aériens, etc. mais aussi la réflexion sur les obstacles matériels (bois, forêts, parois rocheuses, murs d’habitation, la distance entre deux éoliennes, etc.

5.2. Les sous-produits occultés des infrasons-sons

Aussi, cette recherche doit-elle tenir compte non seulement des caractéristiques des I-S considérés isolément, mais aussi, en fonction des circonstances, de celles nées de leur « combinaison » et de leurs sous-produits de nature vibratoire tel que le phénomène du battement.

En fonction des multiples paramètres sonores de l’environnement, Il est en effet possible par addition de sons de façon aléatoire de constater la production du phénomène acoustique bien connu du battement.

Cette sensation de battement peut apparaître dans deux situations :

- soit par addition de sons périodiques à l’extérieur de l’oreille : ainsi la proximité ou l’écho d’une autre éolienne est en principe susceptible de produire un battement avec apparition production d’un troisième son : le troisième son de Tartini (°),

- soit par stimulation sonore séparée, distincte, des deux oreilles : c’est le son binaural. Il correspond à une « image cérébrale », une forme, en référence à la Gestaltheorie.

5.3. Le battement physique classique du milieu environnant

Lorsqu’on superpose deux sons purs de fréquence voisine, ils se renforcent et s’atténuent mutuellement pour donner naissance à un nouveau son dont l’amplitude fluctue au cours du temps. Connu et utilisé de longue date, ce son est appelé battement tant par les physiciens que par les psychoacousticiens.

Les battements sont périodiques : leur fréquence correspond au nombre de fluctuations d’amplitude par seconde et est égale à la différence en Hz des deux fréquences composantes du son complexe. Lorsque la différence des fréquences atteint 6 à 7 coups par seconde, on perçoit un son d’allure intermittente, de pulsation (Bouasse)(1).

• Ainsi, la superposition de deux sons f et f ‘de 504 et 500 Hz (ou deux sons de 496 et 500 Hz) va donner naissance à 4 battements par seconde. Si l’amplitude des 2 sons primaires est identique, il se produit successivement une annulation (c’est à dire le silence) puis un renforcement (soit un doublement de l’amplitude résultante) du son résultant (leurs rapports de phase sont alors respectivement de 180° et 0°). Les battements sont alors maximums.
• Au fur et à mesure que la différence de fréquence des sons diminue, la fréquence du battement ralentit. Pour f = f ’ il disparaît, ce qui permet d’apprécier l’égalité de hauteur (unisson) des deux sons, avec une précision d’une fraction de hertz pour les sons graves, de quelques hertz pour les sons aigus. (phénomène bien connu et utilisé par les musiciens pour accorder leurs instruments).

Les circonstances de production d’I–S sont diverses et dépendent de divers facteurs : environnement, distance des éoliennes entre elles, éventuel écho, conditions climatiques, etc. On peut admettre que :

- 2 éoliennes relativement proches l’une de l’autre et ayant même vitesse de rotation donneront un battement si elles ne sont pas synchrones,

- 2 éoliennes de vitesse de rotation légèrement différente donneront aussi un battement,

- de même pour une éolienne et son écho (murs, forêt, falaise, etc).

Ce type de battement apparaît par stimulation de l’une ou l’autre des 2 oreilles, par superposition des deux fréquences originelles.

C’est le son de Tartini : il est virtuel et identique (comme nous le verrons) à un son binaural.

• Lafon (9,10) précise que si les fréquences de ces sons s'écartent l'une de l'autre, le battement s'accélère et à un moment donné il laisse place à une sensation de hauteur. C'est le troisième son de Tartini. Vers 30 ms de période (33 Hz) on entend simultanément l'intervalle et la hauteur. A partir de 2,5 ms (400 Hz) la sensation diminue et disparaît à 1,2 ms (800 Hz). Ce troisième son diffère fondamentalement du « son différentiel » en ce qu’il s’agit d’un phénomène physique correspondant à une variation d'amplitude et retrouvé à l’analyse spectrale, alors que le son "différentiel" est un phénomène psychoacoustique lié à la périodicité non retrouvé à l'analyse spectrale)

• Le troisième son de Tartini occupe une très petite place sur l’échelle fréquentielle, si bien qu’il disparaît rapidement lorsqu’on fait varier la différence de fréquence. (°) en mémoire à Tartini 1692-1770 violoniste et compositeur italien de l’époque baroque auteur de la « Trille du diable »

5.4. Le battement binaural

La perception d’un battement peut aussi résulter de la stimulation séparée de chaque oreille par un son de fréquence légèrement différente entre chaque oreille. C’est le battement binaural ou son binaural. C’est un « artefact auditif » dans la mesure où il s’agit de la perception d’une sensation auditive virtuelle alors que l’oreille est stimulée par un processus physique.

La sensation est celle de pulsations de basse fréquence. Pour percevoir ce battement binaural, la différence entre les deux fréquences doit être faible (inférieure à 30 Hz), sinon les deux tons sont entendus séparément et aucune sensation de battement ne sera perçue. Ainsi, pour une différence de 4 Hz entre les deux fréquences, un sujet entendra 4 battements par seconde.

La sensation est identique à celle d’un battement obtenu par la superposition des deux sons parvenant simultanément à une oreille.

Le bruit issu d’un champ d‘éoliennes comporte un ensemble de fréquences, dont des I-S, qui viennent stimuler aussi bien l’OG que l’OD. Dans une seule oreille il donneront un battement monaural, mais ils peuvent aussi stimuler séparément chaque oreille et donner un battement binaural ; sons parvenant simultanément à une oreille.

• Découverts par Heinrich Wilhelm Dove en 1839, les battements binauraux ont fait l’objet d’une étude synthétique par Gerald Oster en 1973 (Auditory Beats in the Brain (Scientific American,1973) http://fr.wikipedia.org/wiki/Battement_binaural. Ils ont par la suite retenu l’attention en raison de leurs effets sur la conscience (Thomas Campbell, Mennerich Dennis, Robert Monroe) (16).

A la suite de ces travaux, on a émis l’hypothèse que la fréquence des battements binauraux survenant dans le cerveau (par exemple 4Hz, à partir de deux fréquences de 400 Hz et 404 Hz ) entraînait une synchronisation bilatérale des ondes cérébrales à la même fréquence. Peu d'études viennent confirmer ou infirmer cette théorie : on insiste seulement sur le fait qu’à la variété des ondes cérébrales seraient associés différents états de conscience (thêta :méditation, relaxation ; beta : les états d’alerte, etc.) Cette synchronisation améliorerait les performances mentales, intellectuelles, voire une meilleure créativité.

Aussi, la production d’un battement binaural a-t-elle été proposée comme outil thérapeutique pour favoriser divers états de conscience comme la relaxation anti-stress (de 5 à 10 Hz), la méditation entre 4 et 7 Hz, ou le traitement de l'insomnie entre 6 et 1,5 Hz., et même pour des affections organiques. N’étant pas formellement démontrés, il convient toutefois de considérer avec réserve ces effets sur le cortex.

5.5. Elaboration d’un modèle compatible avec les effets des battements binauraux

Si l’on veut élaborer un modèle fonctionnel des effets des I-S, on doit pouvoir concilier

- les données physiques connues

- les mécanismes neuro-sensoriels (cheminement du signal acoustique)

- les données psycho-acoustiques avec les propriétés de la perception et de l’intégration du message sonore

1. Ce que l’ont sait sur la production des B

Alors que l’on connaît de longue date le mécanisme de production du phénomène physique, acoustique, du battement, aucune explication satisfaisante n’a été apportée à ce jour sur la perception du phénomène psychoacoustique du battement binaural.

La production et la perception des battements n’est pas la résultante exclusive d’une stimulation acoustique monaurale : ils peuvent aussi apparaître par la combinaison des différentes voies de stimulation : uni ou bilatérale, par conduction aérienne et/ou osseuse, directe ou croisée.

On peut les percevoir :

= si on délivre simultanément l’un des sons à une oreille, et l'autre son à l'oreille opposée,

= si l'un des sons est délivré par voie aérienne d’un côté et par CO de l'autre, (après s'être évidemment assuré de l’absence inopportune d’un transfert transcrânien, ce qui élimine l’origine tympano-ossiculaire du battement prétendument relié à des phénomènes non linéaires).

Il n’est donc pas possible d’attribuer la perception de battements (phénomène psychoacoustique) à la production exclusivement intra-cochléaire d’un phénomène physique de battement (modulation d’amplitude) comme le prétendait Helmholtz. De même un modèle basé sur une localisation tonale cochléaire (tonotopie) et sur une spécificité fréquentielle des fibres auditives est fondamentalement inadapté à l’explication des battements.

2. Le codage du stimulus sonore passe par le maillon cochléaire d’un seul ou des deux côtés. Battements et échantillonnage cochléaire

Exprimé en termes de mécanique cochléaire, un son pur est à l’origine d’oscillations membranaires affectant une allure sinusoïdale, et la superposition de deux sons purs à l’origine d’oscillations périodiques réparties sur la membrane, avec modulation d’amplitude. C’est l’image d’un battement tel qu’on le représente sur un oscillogramme.

De ce pattern membranaire dérive alors un pattern neuro-sensoriel qui diffère évidemment si le battement naît d’une stimulation monaurale ou binaurale.

- monaurale : le battement, c’est à dire la modulation d’amplitude de la sensation sonore (une variation du niveau), ne peut être codé que par une modulation de cadence des spikes sur les fibres nerveuses auditives. Le pattern neural reproduit l’image (spatiale) membranaire. Cette représentation neurale du battement est ensuite transmise aux noyaux cochléaires.

- binaurale : l’origine des battements ne peut se situer que plus au delà, à la jonction des voies sensorielles c’est à dire au niveau des noyaux cochléaires où va se produire la superposition de messages.

Dans ce cas de figure, le pattern neuro-sensoriel issu de chaque oreille est celui d’un son pur, à la différence près qu’il correspond à des fréquences différentes. Les messages sont de nature identique (les spikes), mais les taux de récurrence sont différents. Au point de jonction des fibres (les noyaux), les patterns sont légèrement différents. Leur superposition est à l’origine de phénomènes d’interférence, et d’un renforcement en certains points du taux des spikes.

. au niveau des voies auditives

A un échelon plus élevé des voies auditives, ces interférences vont se traduire par une variation cyclique du rythme des décharges nerveuses, et sur le plan perceptif, cette modulation est reconnue comme une sensation de battement. (Si le taux de décharge était au départ identique dans les fibres efférentes, on observerait seulement un doublement de la cadence des spikes, sans modification de leur rythme, ce qui se traduirait par une augmentation de la sonie, sans sensation de fluctuation du niveau). La modulation de cadence des spikes détermine la modulation d’amplitude du son perçu.

Fig. 1. 

- en haut, la superposition de deux ondes W et W’ de fréquences voisines génère un signal formé d’un train d’ondes [d’ap. FLEURY P, MATHIEU J. P. Vibrations mécaniques. Acoustique. 1955, Eyrolles édit. Paris.

- en bas, la superposition de deux modulations d’impulsions mais présentant un léger décalage de cadence est à l’origine d’un signal périodique dont la fréquence est égale à la différence des fréquences des modulations originelles. La sensation psychoacoustique de battement correspond à l’interférence des modulations d’impulsions neurales.

Une conception du battement binaural (3)

En définitive, un modèle reposant sur un échantillonnage des formes membranaires cochléaires à la base de la Théorie de l’Echantillonnage Cochléaire est en mesure d’apporter une explication cohérente au phénomène psychoacoustique du battement, en ce qu’il est déterminé par un phénomène d’interférence (temporelle) des spikes issus des fibres cochléaires, (dont l’origine peut se situer aussi bien au niveau cochléaire que supra-cochléaire). Si le battement dépasse lui-même une certaine cadence, on peut imaginer qu’après chaque relais, ces interférences d’impulsions peuvent se heurter à leur tour à la barrière de la période réfractaire de la fibre supérieure, et donner naissance à un battement de battement, le troisième son de Tartini (Fig. 1) .

4. Dernière étape : l’intégration corticale

C’est le stade ultime de la transmission du message.

L’homme vit dans un environnement naturel ou artificiel dont il reçoit des stimuli porteurs de messages et auxquels il réagit. La transmission de ces messages informatifs est assurée par les I-S quiconstituent un interface (maillon) dans la chaîne de communication.

En ce qui concerne la chaîne de communication née des éoliennes, on note successivement une source (l’éolienne), un support physique (le milieu aérien), un capteur (l‘oreille), un codage acoustico-sensoriel (cochlée), une transmission neurale jusqu’aux noyaux cérébraux, et enfin les centres corticaux. C’est au niveau de ce dernier maillon de la chaîne sensorielle, le niveau cérébral, qu’est réalisé un processus d’intégration , c’est à dire d’extraction d’un caractère commun.

La production d’un battement par ce processus de l’intégration est une opération qui permet de rendre « entier » ce qui est au départ une somme de parties constitutives. On dit que le tout est plus grand que la somme des parties.

L’émission d’I-S, leur transmission, et leur perception contribuent à un système qui assure la transmission d’une information et dont l’action commune diffère des propriétés élémentaires sous forme d’un battement. L’identification dans le message dépasse la simple reconnaissance des signes.

La perception d’un battement est l’exemple même d’un processus d’intégration à partir d’un trait commun (le son) pour donner une nouvelle image sonore.

Stade ultime : le processus d’intégration est complétée par une mémorisation des « images sonores », formes mentales cérébrales équivalentes aux formes visuelles dans la communication visuelle.

Et en définitive, ce sont les fréquences de ces formes sonores nées des I-S qui peuvent se superposer aux fréquences naturelles du SNC.

Position dans la chaîne de communication. La perception d’une forme sonore

On rejoint par ce processus la théorie de la gestalt, dans laquelle le récepteur reçoit un ensemble des signes constituant le message, les identifie puis perçoit des formes, des significations. Il s’agit d’une prise de conscience, d’une reconnaissance de quelque chose que le récepteur connaît déjà. Une forme correspond à un message provenant du monde extérieur et reconnu comme n’appartenant pas à l’effet du hasard.

L’identification dans le message dépasse la simple reconnaissance des signes.

La perception du battement étant liée à la reconnaissance d’images sonores, de formes, nées dans le cerveau et préalablement mémorisées, les centres cérébraux ne peuvent différencier l’information transmise par les voies nerveuses provenant de l’oreille droite et de l’oreille gauche, mais leur « sommation » .

6. Interprétation et commentaires

 Les effets nocifs des I-S sont essentiellement liés à la perception binaurale des ondes sonores et à la naissance intra-cérébrale d’un battement

1. Les IS sont du point de vue physique un phénomène mécanique ondulatoire, dont la propriété essentielle est la transmission d’énergie au sein du milieu et non par le milieu lui-même (Pimonow)

2. On attribue une Importance exagérée à l’aspect acoustique des I-S par rapport à leur aspect

vibratoire, alors qu’ils n’ont aucun impact sur le plan de la perception auditive. Ils ne sont pas directement perceptibles par l’oreille : ce sont des vibrations qui se propagent hors du champ auditif

normal par voie tactile.

En raison de leur très basse fréquence, Ils empruntent le canal tactile et non le canal sonore (acoustique), ce qui favorise l’insertion de l’homme dans l’environnement des systèmes techniques

qui soumettent le corps à des sollicitations inhabituelles en donnant une information immédiate sur

le contact avec l’environnement (alors que le sens auditif fournit une information lointaine et tardive)(4) « la peau /est/sensible aux pressions variables d’un IS, tel qu’un courant d’air ».(4)

3. La naissance intra cérébrale du battement :

Les I-S ne sont pas directement détectables : en l’absence d’un organe sensoriel spécifiquement

adapté. Leur reconnaissance directe n’est pas possible, mais on peut par contre détecter indirectement leur présence en recueillant leur sous produit à savoir le phénomène du battement.

Cette particularité de la psycho-acoustique liée à la « combinaison » d’au moins deux I-S a été curieusement négligée au profit de l’aspect purement acoustique des vibrations alors que leurs effets nocifs sont essentiellement liés à la perception binaurale des ondes sonores (des éoliennes).

Les conditions d’apparition de ce type de battement avec les éoliennes sont variées :

- à partir de 2 sources distinctes

- à partir d’une seule source d’IS dès l’instant où ils sont réfléchis sur un obstacle quelconque

(écho)

4. En ce qui concerne les effets pathologiques attribués aux I-S , des incertitudes persistent. En

présence d’une seule source :

- Il est difficile de déterminer si c’est l’action du bruit à basse fréquence ou celle des vibrations qui est déterminante dans l’apparition d’effets pathologiques (4)

- la nuisance de faible niveau est encore mal précisée. La bibliographie ne rapporte que les effets pour de fort niveaux : 120 dB voire plus. A un niveau inférieur, et sur de courtes durées, ils ne paraissent pas nuisibles ;

- le temps d’exposition semble plus déterminant: l’exposition prolongée à des I-S de niveau non dangereux exercerait une action psychologique parfois très gênante à définir (4)

- ils peuvent aussi provenir de problèmes organiques neuro-sensoriels sans relation, voire à des stimuli sociaux nés du contact avec la société. Leur mise en cause ne peut cependant être rejetée .

Enfin, on ne peut attribuer exclusivement les effets nocifs des éoliennes à la seule émission d’I-S : ils peuvent être associés à d’autres phénomènes vibratoires, ou à des phénomènes physiques nés du monde environnant, comme dans celui des champs d’éoliennes, etc.

En présence de plusieurs sources, l’impact des I-S est différent par :

= la survenue d’un battement en provenance de deux ou plusieurs sources d’I-S, jusqu’alors ignorée.

= la production d’interférences multiples au niveau des voies centrales qui est responsable d’effets neuro-sensoriels centraux et non pas sensoriels ( la sensation perceptive d’un battement relève du domaine de la psycho-physique. ( psychosensorielles…)

De cadence très faible proche des du rythme des ondes cérébrales spontanées, ils impriment cependant une forme corticale susceptible de synchronisation avec les ondes cérébrales.

5 sur le plan informationel, les I-S sont porteurs de message

En l’absence de lésion organique, (par ex traumatique), l’énergie du bruit ou des IS se transforme alors en influx nerveux qui porte une information et non une énergie significative. Le bruit IS représente ainsi un élément ou un signal dont l’ensemble représente un message ».

Même pour de faible niveau, les IS agissent dans un ensemble : on doit distinguer les effets dits mécaniques (effets anatomiques ou physiologiques classiques) des effets informationnels provoquant la gêne ressentie.

On peut admettre que « la perception (du bruit des éoliennes) d’un battement monaural ou binaural, qui résulte d’un ensemble de signaux acoustiques issus des éoliennes) représente un élément que l’on peut assimiler à un symbole, un code qui porte un message et qui agit plutôt négativement sur le système nerveux ou par son intermédiaire.

On doit tenir compte de la combinaison des composantes comme celle d’un « message » informationnel composé des éléments d’un code, de l’état de l’organisme exposé, des réactions à ces informations tant internes que venant de l’extérieur (Pimonow) (4)

D’autres messages peuvent accompagner les I–S comme le bruit audible, des signaux lumineux, des facteurs organiques, etc., ce qui justifie la poursuite d’investigations complémentaires électrophysiologiques, imagerie cérébrale etc., afin d’affiner la part respective de la nocivité de chacune d’elles.

6. On aurait pu aborder ce mécanisme du codage neural sous une autre forme en le schématisant à l’activation d’une seule fibre. Considérons le cas limite et simplifié d’une fibre nerveuse isolée en provenance de chaque oreille et leur jonction synaptique au niveau d’un relais nucléaire commun.

1er cas : si on délivre le même stimulus sonore à chaque oreille, c’est à dire avec la même fréquence, le même niveau et en phase, on peut admettre que le pattern membranaire et le taux de décharge des spikes au niveau des fibres nerveuses sont identiques (l’amplitude des oscillations membranaires est identique). Au point de rencontre des fibres nerveuses (les noyaux cochléaires), la densité des spikes va doubler. La sensation de niveau sonore (sonie) par les centres supérieurs est donc augmentée.

2eme cas : si la fréquence des sons est différente. Supposons que l’une des fréquences sonores incidentes augmente légèrement : la théorie de l’échantillonnage cochléaire nous indique que le pattern neural se modifie par diminution du pas d’échantillonnage alors que, le niveau sonore restant le même, le taux de décharge des influx sur chaque fibre ne se modifie pas. Il n’y a plus coïncidence temporelle des spikes correspondants à chaque cycle. Les patterns des spikes sont décalés. Leur superposition engendre un phénomène d’interférence, avec alternativement des zones d’augmentation et de raréfaction de la densité des spikes (Fig. 9). La densité des spikes évolue cycliquement, avec en définitive, une périodicité de la sensation de niveau, c’est à dire un battement.

Considérons enfin le codage de l’information véhiculée par un paquet de fibres au delà du premier relais des noyaux cochléaires. Dans l’hypothèse d’un battement lié à une stimulation sonore binaurale, chaque fibre nerveuse doit véhiculer une sommation des influx en provenance des fibres bilatérales. Comme pour toute fibre nerveuse, la dépolarisation est suivie d’une période réfractaire. Si deux spikes incidents sont simultanés, elle répond obligatoirement (loi du tout ou rien). Par contre, si les spikes incidents sont progressivement décalés, il survient un moment au cours duquel elle ne répondra qu’au premier d’entre eux, le second restant sans effet lorsqu’il survient pendant la période réfractaire. Comme l’ensemble des fibres ne répond pas simultanément mais travaillent de façon aléatoire, selon un mécanisme de multiplexage, la transmission de l’information de niveau est conservée. Par contre il persiste une distribution spatiale des fibres activées et des fibres inactives qui peut expliquer la survenue du son de Tartini.

Les mesures préventives

D’une façon générale, il est presque impossible de se protéger des I-S par les méthodes classiques d’isolation phonique par absorption acoustique. La solution la plus pratique en cas de gêne ou problème grave est généralement de désactiver, déplacer ou supprimer l'émetteur.

Dans ce dernier cas, il est difficile d’appréhender les nombreux paramètres intriqués avec les facteurs acoustiques et donc de définir des normes analogues à celles qui ont été établies pour la protection de l’audition l’étude de la fonction cochléaire n’est pas suffisante pour établir des normes ( 4, p 368)

1. « Certes, tous les riverains des éoliennes ne sont pas sujets à tous ces symptômes à la fois. Mais il suffit de constater leur apparition, dans un nombre significatif de cas, pour établir que l'installation d'éoliennes près des habitations constitue bel et bien un risque sanitaire, et qu'au titre du principe de précaution, tout devrait être fait pour qu'il ne se manifeste pas. Le bruit généré par le rotor de l'éolienne et par la rotation de ses pales, notamment lorsque celles-ci passent devant le mât, est essentiellement composé de basses fréquences et d'infrasons, compris entre 10 et 20 Hz pour les premières et inférieures à 20 Hz pour les secondes, ce qui les rend inaudibles à l'oreille humaine dont la gamme des fréquences perçues s'étend de 20 à 20 000 Hz. Quant aux sons « audibles » émis par les éoliennes, ils sont largement mis en cause dans les troubles du sommeil. Différentes études et enregistrements somnographiques effectués par des cliniques du sommeil confirment qu'à l'intérieur d'un périmètre de 1,5 km, le bruit émis par les éoliennes peut perturber la qualité du sommeil. • » (5)

2..On admet généralement que les niveaux naturels des I-S sont admissibles sans aucune protection (4) Mais ils s’appuient sur les données à partir d’une source isolée et ne tiennent pas compte des sous-produits issus de groupements ou de phénomènes acoustiques associés.

3. La protection individuelle n’est pas possible c’est le corps humain dans son entier qui est sollicité. (Une protection devient indispensable lorsque dans des circonstances industrielles le niveau atteint 120 dB pour 18 Hz, voire plus pour 1 Hz)

4. Peut-on prévoir théoriquement la distance minimale qui paraît recommandable ?

Dans l’immédiat, on ne peut que tenir compte des observations fournies par les sujets exposés et déterminer au vu des sondages les distances minimales qu’il conviendrait de respecter.

Il ne peut s’agir que d’une estimation, en raison de l’incidence de nombreux paramètres :

- de degré de l’amortissement des ondes I-S dans leur trajet aérien (température, hygrométrie, obstacles (colline, forêt, …)

- le nombre et la distance entre elles des éoliennes,

- de la grande variabilité d’impédance de l’oreille selon les sujets (les amortissements élevés favorisent la perception des notes rapides et inversement)

- la constante de temps de reconnaissance auditive, (perception time smear) (ou épaisseur du présent des psychologues, ou constante physique « d’estompage ») qui est de l’ordre de 50 ms, soit 1/20 de s.

en Grande-Bretagne et en Allemagne » la « distance minimale » est de «1,5 km ».

Références bibliographiques

1.Bouasse H. Acoustique générale. Ondes aériennes. Lib. Scien. et Tech., Paris,1987.
2. Carrat R. Théorie de l’échantillonnage cochléaire. Arnette Paris, 1986.
3. Carrat R. L’oreille numérique. EDP Sciences, Paris, 2009.
4. Colloque international sur les infra-sons.CNRS. Paris.1974.
5. Dumont P, de Kergolay D. Eoliennes: chronique d’un naufrage annoncé. Ed. Fr.Bourin,
2018.
6. Feynman R.P. Cours de physique. Mécanique . Dunod. Paris.1998.
7. Fleury P, Mathieu J.P. Vibrations mécaniques. Acoustique. Eyrolles éd. Paris, 1962.
8.Forgeot Brigitte Les sons biauraux, effets cliniques et neuropsychologiques ; perspectives
d’applications. Mémoire Université Paris VIII, 2006.
9. Gremy F., Pages J-C. Biophysique. Ed. Flammarion, Paris, 1966.
10. Lafon J-Cl. Le mécanisme d’intégration. Le test phonétique, Dunod, Paris,1964.
11. Lafon J-Cl. Message et phonétique. PUF. Paris, 1961.
12. Moles Abraham Intégration et perception. 314-333, CEPL Paris 1971.
13. Moles Abraham Gestalt, 263-266, CEPL Paris 1971.
14. Moles Abraham, Zeltmann : Le canaux de la communication 54-77 CEPL Paris, 1971.
15. Morlot A. Les drogues mnésiques et ondes binaurales. Mémoire Audioprothésiste. Université
de Lorraine. 2012.
16. Oster G. Auditory Beats in the Brain. Scientific American,1973,229, 9, 94-103
17. Plomp R ; Beats of Mistuned Consonances. Jl Acoust. Soc Amer., 1967, 42, 462-474
18. Tran-Ba-Huy P. Nuisances sanitaires des éoliennes terrestres. Rapport Académie de
Médecine, Paris, 2017.
19. Wikipedia. Battements binauraux. http://en.wikipedia.org/wiki/binaural beats.
20. Wikipedia. Infra-sons. https://fr.wikipedia.org/wiki/lnfrason.
21. Winckel F. Vues nouvelles sur le monde des sons. Dunod, Paris, 1960.

Mise en ligne : mars 2019