Study of the occlusion effect induced by an earplug : modelling and experimental validation

Résumé

Malgré l’existence de limites d’exposition au bruit en milieu du travail, la perte d'audition professionnelle constitue un problème important au Québec et à l’échelle mondiale. Plusieurs approches existent pour protéger les travailleurs exposés à des niveaux sonores nocifs. La solution à court terme la plus souvent rencontrée en pratique demeure l’utilisation de protecteurs individuels contre le bruit (PIB), tels que les bouchons d'oreilles et les protecteurs de type coquille. Les PIBs représentent un moyen de protection efficace et ils se distinguent d’autres approches par leur coût économique faible et leur facilité d’utilisation. Néanmoins, à cause de problèmes d’inconfort il arrive souvent que la durée de port recommandée pour limiter l’exposition au bruit n’est pas respecter par les travailleurs et qu’ils risquent par conséquent de développer une perte d’audition professionnelle. L’inconfort associé au port des PIBs peut être associé à deux grandes catégories. L’inconfort « physique » regroupe, pour les PIBs de type bouchon d’oreille, par exemple une sensation de pression sur les parois du conduit et l’échauffement de l’oreille. L’inconfort « auditif » regroupe des phénomènes liés à la modification de la perception de sons et de la parole ainsi que des difficultés de communication. Une source d’inconfort « auditif » qui joue un rôle important est l’effet d’occlusion. L'effet d'occlusion apparaît lors de l’insertion d’un bouchon d’oreille dans le canal auditif et décrit un phénomène d’amplification sonore en basses fréquences par rapport au niveau habituel en oreille ouverte. Cette amplification sonore est perceptible par le porteur et mesurable par le niveau de pression dans le canal auditif (mesure objective) et la modification du seuil d’audition (mesure subjective). De plus, l'effet d'occlusion entraîne une sensation désagréable qui résulte du fait que la propre voix du porteur est déformée (elle est perçue comme plus caverneuse) et que les bruits physiologiques (tels que la respiration et la circulation sanguine) sont également amplifiés par le port des bouchons. La réduction de l'effet d'occlusion contribuerait à augmenter le confort auditif des PIBs et donc aiderait à prévenir la surdité professionnelle. Afin de contribuer à résoudre les problématiques présentement associées au port des PIBs, l’institut de recherche Robert-Sauvé en santé et en sécurité du travail (IRSST) et l'École de technologie supérieure (ÉTS) ont mis en place un projet conjoint de recherche scientifique visant à mieux comprendre le fonctionnement des PIBs dans un but d’une meilleure conception acoustique. La présente étude fait partie de cette collaboration et a pour but d’étudier l'effet d'occlusion induit par un bouchon d'oreille inséré dans le canal auditif grâce au développement de nouveaux modèles numériques prédictifs et de méthodes expérimentales. Deux modèles couplés elasto-acoustiques linéaires à géométrie complexe et à géométrie simplifiée (axisymétrique) sont présentés pour simuler l’effet d’occlusion induit par un bouchon d’oreille dans le cadre d’une excitation par voix osseuse. Le premier modèle 3D à géométrie complexe est utilisé pour simuler l’effet d’occlusion d’un bouchon d’oreille à plusieurs profondeurs d’insertions. Des bilans de puissances sont utilisés pour étudier la circulation d’énergie dans l’oreille occluse à faible, moyenne et profonde insertion pour mieux comprendre comment contribuent la surface intérieure du bouchon ainsi que les parois non-occlues à l’effet d’occlusion. Les effets d’occlusions numériques obtenus à partir du modèle sont validés à l’aide de mesures expérimentales disponible dans la littérature. Le modèle numérique 3D est utilisé pour étudier les modèles qualitatifs de l’effet d’occlusion à l’aide de bilans de puissances. Le deuxième modèle à géométrie axisymétrique est utilisé pour étudier les fonctions de transferts (oreille ouverte et occluse) ainsi que l’effet d’occlusion dans trois conditions d’excitation différentes. Tout d’abord une excitation purement par voie osseuse est considérée. Ensuite un bruit aérien est ajouté de manière incohérente à la stimulation par voie osseuse pour étudier l’effet d’une excitation mixte. Cette excitation mixte est ensuite étudiée dans le cas (i) d’une occlusion parfaitement étanche et (ii) sous présence de petites fuites acoustiques dans les modèles géométriques du bouchon. Chaque type d’excitation est considéré pour quatre configurations de conditions aux limites et d’excitation. Toutes les simulations numériques sont comparées à des mesures expérimentales. Le modèle axisymétrique est utilisé pour simuler l'effet d'occlusion pour étudier le rôle que joue le type du bouchon par rapport à l'effet de l'occlusion. Ce travail est réalisé en trois temps. Dans un premier temps le modèle numérique est validé à l’aide de mesures expérimentales faites sur deux groupes indépendant de sujets humains, chaque groupe étant équipé d’un bouchon différent. Dans un deuxième temps le modèle axisymétrique est validé à l’aide de deux modèles électriques équivalents de l’effet d’occlusion issus de la littérature. Dans un troisième temps des calculs de bilans de puissances sont effectués pour mieux comprendre comment l’énergie circule dans le système dépendamment du type de bouchon utilisé. Ces calculs sont effectués dans le canal occlus ainsi que dans les bouchons en contact avec les parois du canal à une moyenne et une très faible profondeurs d’insertions. Le prototype d'un nouveau dispositif expérimental d’une oreille externe artificielle est proposé pour mesurer l’effet d’occlusion de manière objective et standardisé. Des résultats expérimentaux issus de ce prototype sont présentés pour démontrer la fonctionnalité du dispositif dans le but de mesurer l'effet d'occlusion d'un bouchon d'oreille. Premièrement la mise oeuvre d’une oreille externe artificielle axisymétrique est présentée. Deuxièmement, le dispositif expérimental est utilisé pour étudier la contribution des différents chemins de transmission sonore. Troisièmement l’effet d’occlusion d’un bouchon en mousse à moyenne profondeur d’insertion est mesuré à l’aide du dispositif expérimental. La mesure de l’effet d’occlusion est répétée à plusieurs niveaux d’excitation mécanique pour étudier la linéarité du système.

Date	19 déc. 2014
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Frédéric Laville (Directeur(-trice)), Yvan Petit (Codirecteur(-trice)) & Franck Sgard (Codirecteur(-trice))