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Bluetooth a vingt ans

Un protocole pour supprimer les câbles

À la fin des années 1990, avec l'irruption de la téléphonie mobile dans la vie quotidienne, les constructeurs cherchent une solution pour supprimer des câbles de raccordement entre le téléphone portable et les oreillettes. ...

La photosynthèse artificielle

CC by U.S. Department of Energy / United Joint Center for Artificial Photosynthesis

Une quête bioinspirée

La photosynthèse est le mécanisme grâce auquel les plantes produisent des matières organiques telles les glucides, en utilisant l'énergie ...

Asthme : pistes thérapeutiques

CC BY-SA 4.0 BruceBlaus

Une maladie incurable

En France, l'asthme touche plus de quatre millions de personnes et cause environ 1000 décès chaque année. Généralement de nature allergique (70% des formes d'asthme), l'asthme provoque des difficultés ...

Des métamatériaux aux propriétés étonnantes

(C) Tobias Frenzel

Les métamatériaux constituent un champ de recherche actif, en particulier dans les domaines de l'électromagnétisme et de la mécanique. L'objectif est de conférer à des matériaux des propriétés particulières, en ...

Véhicules autonomes : situation et défis

Les véhicules autonomes font l'objet d'importants efforts de recherche et développement chez les industriels du secteur automobile ou encore chez les géants de la Silicon Valley. Les premiers développements ont commencé dans les années 2000 et aujourd'hui, de nombreuses sociétés ...

Joseph Fourier

Joseph Fourier, l'un des plus grands mathématiciens français, est né il y a 250 ans, en 1768, à Auxerre. C'est l'occasion de revenir sur les découvertes de ce génie des mathématiques et de la physique, qui sont aujourd'hui au cœur des technologies utilisées au quotidien. ...

Les atouts de la voiture électrique

Des impacts à clarifier

Si l'intérêt des véhicules électriques pour la réduction de la pollution de l'air, en particulier dans les villes, est évident, il n'en est pas de même pour ce qui est de sa contribution à la lutte contre le changement climatique ...

fractales et compréhension du monde

Il est coutume, pour décrire un objet fractal, de le rapprocher de la récursivité des poupées russes : tous deux présentent une structure dite hologigogne, c'est-à-dire que leur tout est parfaitement identique à chacune de ses parties. Forgée en 1974 par le mathématicien Benoît Mandelbrot, la notion de fractalisation aura permis la désinence de bien des figures, jusque-là trop irrégulières pour répondre aux normes géométriques traditionnelles. Nombre de phénomènes naturels sont aujourd'hui répertoriés comme fractals compte tenu de leur géométrie autosimilaire : le chou-fleur de variété romanesco par exemple, la fronde d'une fougère, le réseau des rivières, les alvéoles pulmonaires, la structure des invertébrés, des vaisseaux sanguins, des roches, des lignes de côtes, des flocons de neige, etc.  La modélisation par des fractales permet même de mieux comprendre certains phénomènes comme la spongiosité d'un nuage, les turbulences d'un liquide, les éruptions volcaniques, la répartition des exoplanètes jusqu'aux motifs de la queue d'un paon...

Chez l'Homme par exemple, la configuration des bronches, garantit une surface d'échange gazeux particulièrement étendue - la même chose pour les végétaux : la fragmentation régulière des frondes d'une fougère augmente l'efficacité de la photosynthèse ; il a également été démontré qu'entre un chou romanesco et un chou ne présentant aucune fractalisation, l'activité photosynthétique du chou "fractal" était 4 à 5 fois plus élevée.

La radio est un autre domaine d'application : les antennes d'ailes télescopiques rétractables permettent d'occuper un très faible espace tout en maintenant une bonne émission des ondes radioélectriques. Cela étant, le domaine pour lequel la fractalisation est la plus exploitée reste l'imagerie : la fameuse compression d'images informatiques (sous le code JPEG) par exemple, s'articule autour de techniques fractales censées corriger les motifs répétitifs que l'on trouve en photographie.

Les fractales s'appliquent à des domaines tels l'urbanisme, la sociologie, la finance... Les économistes Laurent-Emmanuel Calvet et Adlai Fisher ont ainsi développé des modèles dits "multifractals" à l'intention des entreprises pour évaluer les risques financiers - des sortes d'anticipations de la volatilité des échanges. En effet, il suffirait de regarder les évolutions des cours de bourse, les fameuses courbes « en dents de scie ». Qu'on regarde les courbes sur 10 ans, 5 ans, 6 mois, ou quelques semaines, les propriétés sont bien sûr différentes, mais l'allure générale de la courbe ne varie que très peu. On reconnaît dans ces objets une structure fractale : « ils peuvent être décomposés en fragments dont chacun a la même forme que le tout », comme l'expliquait Mandelbrot lui-même. Par ailleurs, certains n'hésitent pas à invoquer la fractalisation pour expliquer l'étonnante régularité des krachs boursiers - les marchés ayant effectivement tendance à chuter tous les 7 ans.

Mais finalement, c'est bien par leur beauté que ces objets fascinent le plus. Cette science du rugueux, pour reprendre l'expression de Mandelbrot, souvent érigée en symbole de l'élégance des mathématiques, s'est même traduite en courant artistique, baptisé art algorithmique ou simplement art fractal ; cette discipline regroupe des paysages synthétiques formés à partir de l'itération d'une fonction du plan dans le plan ; des animations ; mais aussi des musiques, caractérisées par le fait de répéter les mêmes motifs rythmiques, de façon à ce que chaque élément reproduise le tout.

Publié le 21/02/2018

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La santé auditive
Le traitement des déficiences auditives implique de nombreuses recherches et innovations.

Un capital à protéger

Nul n'est besoin de souligner l'importance d'une bonne audition dans notre vie, pour les relations sociales, l'apprentissage, etc.. Malheureusement, l'appareil auditif ne fonctionne pas toujours de manière parfaite, et en particulier à cause des agressions qu'il subit. Les déficiences auditives peuvent avoir des origines diverses, parfois génétiques, parfois liées à l'environnement.

La perte progressive de l'audition, due au vieillissement du système auditif (presbyacousie), débute généralement vers cinquante ou soixante ans. L'exposition à des niveaux de bruit excessifs peut également entraîner des déficiences auditives sévères. C'est pourquoi il faut sensibiliser aux risques que représentent des pratiques souvent festives, mais qui peuvent s'avérer dangereuses. La prévention insiste donc sur l'existence de bouchons d'oreilles adapté à l'écoute de la musique, et qui protège notre capital auditif.

Les progrès de la compensation

Depuis le cornet acoustique, la médecine et la technique ont fait d'incroyables progrès dans la compensation des problèmes auditifs et de la surdité.

Les premières prothèses auditives utilisaient l'invention de Graham Bell, le microphone à charbon assurant l'amplification du son. Les progrès de de l'électronique ont bénéficié à ce secteur, avec successivement, l'utilisation des amplificateurs à lampe, à transistor, puis à circuit intégré.Une marque emblématique de cette ère des audioprothèses analogiques, Sonotone, est restée dans le vocabulaire. À cette époque, les réglages, effectués grâce à une vis placée sur l'appareil, sont limités : niveau de gain, ajustement des filtres coupe aigu et coupe grave, limitation du niveau de sortie.

Après l'apparition des commandes numériques en 1997, les premiers appareils numériques font leur apparition la même année. Un véritable traitement du signal devient possible. Actuellement, il est possible d' affiner le réglage d'intensité et de différencier la parole du bruit Les dispositifs anti-Larsen se sont perfectionnés : ils mettent en œuvre des décalages en fréquence qui évitent ce sifflement caractéristique. Les appareils auditifs sont entrés dans l'ère de la communication numérique avec le smartphone, avec la télévision, avec l'Internet, ils accèdent ainsi à des ressources informatiques plus importantes que la puce qu'ils renferment. Cela leur permet d'effectuer des traitements comme la classification automatique des sons de l'environnement.

L'audition dans le bruit est l'un des défis des audioprothèses depuis toujours. Identifier les signaux correspondant à la parole permet de réduire le bruit de manière sélective à l'intérieur du spectre de la parole. L'utilisation de réseaux de neurones profonds comme pour la reconnaissance vocale est l'une des pistes d'amélioration. Plus généralement, l'un des axes de progrès consiste à tenir compte de l'intention du sujet, en particulier en jouant sur la directionnalité de microphones, ce qui permet de diriger la réception vers des sources de sons désirées, un interlocuteur par exemple.

La médecine et l'espoir de la régénération

Après son cheminement dans l'oreille externe et l'oreille moyenne, l'onde acoustique se propage sur la cochlée, qui vibre en fonction des fréquences sonores, depuis sa base pour les fréquences hautes jusqu'à son apex pour les fréquences basses. À la surface de la cochlée, les cellules ciliées, qui perçoivent les vibrations acoustiques dans l'oreille sonore, font office de transducteurs. Au nombre de 15 000, elles transmettent un signal électrique au nerf auditif. Formées dès la naissance, leur perte est irrémédiable, chez l'homme comme chez les autres mammifères car elles ne se régénèrent pas.

Pour remédier à la destruction partielle ou totale des cellules ciliées, on pose depuis 20 ans des implants cochléaires, pour substituer à ces cellules défaillantes des électrodes qui vont stimuler les fibres du nerf auditif. Cette intervention demande une habituation, qui fait appel à la plasticité cérébrale, la durée d'adaptation variant selon les cas. L'expérience à montré l'intérêt de cette méthode, et en particulier l'avantage d'implanter précocément les enfants qui en ont besoin. Évidemment, l'implantation cochléaire a ses limites. Cela se comprend lorsqu'on considère que l'on remplace plusieurs milliers de cellules sensorielles par quelques électrodes (de 12 à 24). Les interférences qui en résultent ne permettent pas une bonne audition dans le bruit, ni une écoute satisfaisante de la musique. De plus, l'implant pose des problèmes d'inflammation de l'appareil auditif.

La pharmacologie pourrait y remédier avec la dexaméthasone, un corticoïde dont la libération dans l'appareil auditif a un effet protecteur, ce qui devrait permettre de mieux conserver l'audition résiduelle. 

Des implants hybrides (acoustiques et électriques) sont envisagés. La médecine régénérative fournit également de nouvelles pistes thérapeutiques. Il s'agit notamment de régénérer des dendrites, ces fibres nerveuses reliant les cellules ciliées au nerf auditif, pour mieux transmettre l'information électrique. Le principe consiste à utiliser la  thérapie génique pour faire exprimer des neurotrophines, facteurs de croissance spécifiques aux cellules nerveuses. La génétique pourrait également permettre des stimulations lumineuses plus précises, de la cochlée, en conférant aux cellules ciliées une photosensibilité. Une autre piste vise à reprogrammer génétiquement les cellules de soutien de la cochlée en cellules ciliées.

Pour en savoir plus

La rédaction de Sciences en Ligne
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