Essentielles aux personnes souffrant de déficience auditive, les prothèses auditives ont pourtant un talon d’Achille : leur dispositif d’alimentation énergétique dispendieux et peu écologique. Bonne nouvelle, des chercheurs ont trouvé une source d’énergie alternative.
L’originalité de cette source ? L’énergie est produite à l’intérieur de l’oreille et récupérée par un bouchon équipé de capteurs.
Mon projet de doctorat consiste à modéliser les déformations du conduit auditif en fonction des mouvements de la mâchoire. Mes résultats contribueront à mieux évaluer le potentiel énergétique des déformations du conduit auditif.
Le problème avec les prothèses auditives
Pour illustrer le problème des prothèses auditives, je vous emmène découvrir le quotidien de ma petite sœur Clara. Étudiante en architecture de 24 ans, elle est appareillée depuis l’âge de 8 ans. Quand la pile qui alimente sa prothèse est vide, Clara se retrouve dépourvue de l’ouïe et coupée du monde. Pour éviter ce problème, un coin de son cerveau est toujours en alerte pour vérifier qu’une boîte de piles de rechange est à portée de main. En plus d’être contraignante, la pile est un fardeau économique. En effet, en tenant compte de sa consommation de piles et de leur prix unitaire, Clara estime que sa facture en consommable a dépassé le coût d’achat de sa paire de prothèses auditives après 15 années d’utilisation.
Il en va de même pour l’environnement. C’est autant de piles qui finissent enfouies dans la nature puisque les métaux rares qui les composent ne sont pas recyclables.
Pourtant, on constate que la batterie rechargeable s’est démocratisée pour tous les écouteurs sans fil. Il est donc étonnant que les prothèses résistent encore à ce progrès technologique. Vous pensez peut-être qu’un écouteur sans fil et une prothèse auditive ne sont pas comparables ? Et bien, les écouteurs les plus sophistiqués n’ont rien à envier aux prothèses auditives, excepté leur amplificateur audio qui permet d’augmenter le volume sonore dans l’oreille.
En revanche, les prix ne sont pas comparables, car celui d’une seule prothèse auditive dépasse grandement celui d’une paire d’écouteurs sans fil (1 000-2 000$ par oreille pour une prothèse auditive contre 100-300$ pour une paire d’écouteurs). Les modèles commerciaux impliquant les fabricants, les assureurs médicaux, les audioprothésistes et enfin les consommateurs en seraient la cause.
Bref, autant dire que les bilans financier et écologique de Clara ne sont pas positifs. Mais la révolution se prépare ! Bientôt, elle pourra alimenter ses prothèses auditives grâce aux mouvements de sa mâchoire.
Nos conduits auditifs créent de l’énergie
Je vous propose une petite expérience : insérez votre petit doigt dans l’oreille, puis ouvrez et fermez la bouche. Sentez-vous cette pression sur votre doigt ? Lorsqu’on bouge notre mâchoire, celle-ci comprime les tissus autour du conduit auditif, modifiant ainsi sa forme. C’est cette déformation à l’intérieur de l’oreille que les chercheurs proposent de convertir en énergie électrique.
Plusieurs études ont évalué la quantité d’énergie provenant de cette déformation et ont obtenu des résultats encourageants. L’étude la plus récente rapporte que pendant une pause dîner de 10 minutes, il est possible de générer jusqu’à 22 % de l’énergie nécessaire pour le fonctionnement quotidien d’une prothèse auditive. Autrement dit, l’action de manger pendant 50 minutes suffirait à générer la totalité de l’énergie nécessaire pour une journée de fonctionnement ! Pour cette expérience, les chercheurs ont disposé un bouchon rempli d’eau dans l’oreille des participants. Puis, ils ont mesuré la pression dans le bouchon pendant les mouvements de mâchoire. Ils ont finalement traduit les variations de pression en déformations du conduit auditif.
Les mystères du corps humain
Le corps humain réserve encore beaucoup de surprises. Il est notamment une source d’énergie durable et disponible à chaque instant. Tout comme les panneaux photovoltaïques utilisent l’énergie solaire, il existe aujourd’hui des technologies qui récupèrent l’énergie provenant du corps humain. C’est le cas des montres automatiques fonctionnant avec l’énergie cinétique produite par les mouvements du poignet.
Dans le cas des prothèses auditives, des études ont tenté de convertir l’énergie thermique proche de l’oreille ou encore de placer un mini panneau solaire dans le pavillon de l’oreille. C’est l’énergie provenant des déformations du conduit auditif qui a suscité le plus d’intérêt.
À la recherche du convertisseur idéal
Une question reste néanmoins en suspens ; comment stocker l’énergie récupérée à l’intérieur de l’oreille ? Les déformations du conduit auditif représentant une énergie mécanique, cette dernière ne peut être stockée dans une batterie qu’après avoir été transformée en énergie électrique. Pour répondre à cette problématique, des chercheurs ont disposé des rubans en matériaux piézoélectriques sur le pourtour de bouchons d’oreille. Ces matériaux ont la particularité de créer un signal électrique quand ils sont déformés. Ils permettent ainsi de convertir les déformations du conduit auditif en énergie électrique.
Malheureusement, les prototypes testés ne permettent pas de convertir une quantité d’énergie suffisante. Certains dispositifs réussissent à avoisiner la quantité cible, mais ils ne sont pas encore assez miniaturisés pour être intégrés dans un bouchon. Le développement des circuits imprimés flexibles pouvant s’ajuster aux formes précède l’arrivée prochaine d’implants médicaux autoalimentés. Grâce à ces progrès, nul doute que des convertisseurs plus performants vont voir le jour.
Le marché des prothèses auditives bientôt chamboulé ?
Finalement, imaginez que les bouchons des prothèses de Clara intègrent un matériau piézoélectrique permettant de convertir les déformations de son conduit auditif en énergie électrique. Clara pourra aborder son quotidien sans penser constamment à la recharge de ses appareils. Elle saura qu’en cas de panne électrique, il lui suffira de mâcher une gomme ou de fredonner sa chanson préférée. On peut même imaginer que cette technologie puisse contribuer à réduire le coût des prothèses auditives. Cela bénéficierait spécialement aux 200 000 Canadiens ayant une déficience auditive qui n’utilisent pas de prothèses auditives en raison de leur coût élevé.
D’ailleurs, cette technologie pourrait s’étendre à toutes les technologies qui se portent près ou dans l’oreille, telles que les écouteurs ou les casques sans fils, les protections auditives numériques, les capteurs intra-auriculaires, ou bientôt les lunettes de réalité augmentée.
Après tout, ça ne coûte rien de rêver ! Peut-être même que dans 10 ans, la combustion des énergies fossiles sera supplantée par la mastication intensive des troupeaux de ruminants.