La sauterelle a l’oreille fine

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…et il serait judicieux de s’en inspirer pour créer de nouveaux capteurs de sons. Des chercheurs de l’université de Bristol, en Grande-Bretagne, ont compris comment cet insecte distingue si efficacement les sons, avec un système auditif bien plus simple que celui des mammifères.

La sauterelle a l’oreille fine

Des prédateurs qui ne pardonnent pas, et pas mal d’années d’évolution derrière elle : la sauterelle a développé un système auditif qui lui permet de distinguer efficacement les fréquences et de faire la différence entre le son émis par ses consœurs et, par exemple, une chauve-souris.

Mais la véritable performance, c’est que l’insecte capte les sons, les convertit en vibrations et les analyse en une seule étape, avec la membrane de son tympan, par des moyens purement mécaniques.  Chez les mammifères, l’opération se fait en 3 étapes. Et dans un microphone, le signal acoustique doit être converti en signal électrique.

Le secret est dans la microstructure du tympan

Les chercheurs de Bristol ont montré, en mêlant techniques d’analyses sophistiquées et simulation numérique, que les capacités exceptionnelles de la sauterelle sont liées à la microstructure de son tympan : les variations d’épaisseur et de tension de la membrane, qui lui permettent d’analyser la fréquence des sons perçus.

Sept sauterelles adultes (mâles et femelles, précisent les chercheurs), préalablement anesthésiées – afin d’éviter les mouvements abdominaux de respiration qui perturbent les mesures- ont donc été soumises à des instruments de pointe : un vibromètre laser Doppler pour mesurer les vibrations de la membrane recevant des signaux sonores, et une fraiseuse par faisceau d’ions focalisés, pour explorer la structure de la dite membrane. Par ailleurs, un modèle numérique de la membrane a permis d’explorer, par simulation, sa réponse à différentes fréquences de signaux acoustiques.

Trois opérations en une

La combinaison des expérimentations et des simulations a permis d’élucider la manière dont le tympan de la sauterelle effectue trois opérations en une.

Bien loin d’être homogène, la membrane a une épaisseur très variable : de 15 microns maximum, jusqu’à une épaisseur minimale de 100 nanomètres. On y trouve aussi des microcavités, des compartiments parfois remplis de fluides. Une structure complexe qui a pour résultat de traiter différemment les ondes de différentes fréquences qui s’y propagent. Ainsi, les ondes basses fréquences (moins de 10 kHz) traversent toute la membrane, jusqu’aux cellules nerveuses sensibles aux basses fréquences ; tandis que les ondes de plus hautes fréquences sont arrêtées en chemin… là où se situent les neurones " hautes fréquences ".  De plus, la microstructure de la membrane lui permet de jouer le rôle d’amplificateur.

Les chercheurs de Bristol ont maintenant l’intention de fabriquer un capteur en s’inspirant de ces principes de simplification et d’intégration. Et d’imaginer des batteries de membranes pour capter des sons et les analyser, le tout uniquement alimenté en énergie par les ondes acoustiques.

Thierry Lucas

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