Propagation d'ondes dans un guide inhomogène : application à la cochlée

par Simon Foucaud

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Yves Gourinat et de Bernard Fraysse.


  • Résumé

    Dans la cochlée, la réponse couplée de sa structure et de son fluide interne peut être représentée sous la forme d’une onde dont les caractéristiques varient en fonction de la position longitudinale. La méthode asymptotique Wentzel-Kramers-Brillouin est adaptée à la modélisation de ce type d’onde. Dans un premier temps, cette méthode est reprise. Un modèle numérique est également développé et les résultats des deux méthodes sont comparés. Dans un deuxième temps, la métohde Wentzel-Kramers-Brillouin est améliorée afin de prendre en compte le couplage entre plusieurs ondes. Le couplage d’un mode propagatif avec des modes évanescents est réalisé et validé. Dans la cochlée, la stimulation des cellules cillées résulte d’un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale et de flexion de la membrane basilaire. Le couplage entre ces deux modes de déformation est encore peu connu et offre une perspective intéressante. Dans un troisième temps, une nouvelle méthode couplant la méthode Wentzel-Kramesr Brillouin et une méthode numérique est développée et validée afin de déterminer des modes transverses de propagation. Cette méthode est appliquée à la mécanique cochléaire et un mode de flexion de la membrane basilaire et un mode relatif à un mouvement de cisaillement de la membrane tectoriale sont déterminés. Enfin, une expérience inspirée des cochlées artificielles est conçue et réalisée. La propagation d’ondes est observée et la tonotopie est mesurée et comparée aux modèles. Afin de limiter la réflexion des ondes et de faciliter la mesure, une combinaison originale du trou noir acoustique avec une lame de largeur variable est utilisée.

  • Titre traduit

    Wave propagation in an inhomogeneous waveguide : application to the mammalian cochlea


  • Résumé

    The cochlea is the organ of hearing for humans and mammals. It is often modelled as an inhomogeneous waveguide. A travelling wave propagates along the fluid structure coupled waveguide. The mechanical impedance of the structure is varying and provides a frequency place relation. The asymptotic method Wentzel-Kramers-Brillouin allows to solve for the basilar membrane vibration. The evanescents modes are taken into account to provide a better representation compared to the numerical models. As a second step, the finite elements method is used to solve for the transversal modes while the WKB Approximation deals with the longitudinal propagation. The first flexural mode of the basilar membrane is shown. The second propagative mode reveals a shearing motion of the tectorial membrane which can help stimulating the hair cells. An over-size artificial cochlea is designed and built. Thanks to an acoustic black hole, used as a anechoic end, travelling waves are observed on this device. Reflected waves are attenuated and the interferences with incident waves reduced. Mode coupling could be applied not only to evanescent modes but also to propagatives ones. Perspectives for the adaptation of the WKB method to fluid structure inhomogeneous waveguides, and particularly to the immersed acoustic black hole, seem to be very promising.


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