Automne
1998

Sommaire
des projets


AGUETTAZ Benjamin (GB01) - HAIRAULT Cécile (GC05) - LENEGRATE Anthony (GC01)


INTRODUCTION

I. POSITIONNEMENT DU PROBLÈME
       1. Perspective des voitures électriques
       2. Caractéristiques et particularités du bruit à compenser

II. LE DISPOSITIF TECHNIQUE
       1. Caractéristiques
       2. Quelques rappels sur les ondes
       3. Le dispositif technique : la ceinture vibratile

III. CONSÉQUENCES MISES EN JEU
       1. Reconstruction d'invariants
       2. Une ceinture pour tout le monde
       3. Prise de confiance en un objet technique
       4. Subir des vibrations plutôt que des bruits
       5. Résoudre le problème d'une technique par une autre technique

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE
INTRODUCTION

Nous avons imaginé la vie dans la rue en présence de véhicules électriques. En comparaison avec les véhicules actuels, les véhicules électriques n'occasionneront aucun bruit.

Nous perdrons alors toute information auditive. C'est pourquoi nous avons imaginé un dispositif qui facilitera la vie près d'un réseau routier (silencieux), afin d'appréhender les dangers.

Notre exposé se présente en trois parties distinctes. Dans un premier temps, nous présenterons le contexte dans lequel nous nous plaçons : la présence des véhicules électriques dans notre environnement est inévitable pour combattre la pollution et nous serons alors placés dans une situation de " pseudo-surdité ".

Nous présenterons dans une deuxième partie le dispositif technique élaboré pour compenser cette perte d'information par le bruit ainsi que ses principales caractéristiques.

Enfin, la dernière partie de cet exposé consiste en une réflexion sur les conséquences cognitives mises en jeu par l'utilisation de ce dispositif.
I. POSITIONNEMENT DU PROBLÈME


1. Perspective des voitures électriques

On sait aujourd'hui que le véhicule thermique est responsable d'une part importante de la pollution des villes. Pollution par le bruit (pollution sonore) et pollution de l'air montent alors à des niveaux élevés; leur émission atteint directement l'homme de la rue, aux moments mêmes où la population passante est la plus dense. Il est depuis longtemps évident qu'il faut chercher à combattre ces deux formes de pollution.

a. Combattre les problèmes de pollution de l'air

Les conséquences de cette pollution sur la santé peuvent être graves, d'autant qu'il est difficile de les isoler rapidement. En effet, l'action de ces polluants ne peut se manifester qu'à long terme et, la plupart du temps, indirectement.

Certains chercheurs n'hésitent pas à chiffrer la baisse de mortalité ayant pour origine la pollution automobile, si on diminuait celle-ci de moitié.
On peut également évoquer le "smog oxydant" et le "smog photochimique", résultats d'une action combinée des polluants gazeux automobiles, du SO2 issu des installations de combustion et des radiations solaires. On peut obtenir comme produits de réaction, des sulfates ou des composés oxygénés organiques, que l'on suspecte d'avoir une influence importante en pathologie respiratoire.

b. Combattre la pollution sonore

Le véhicule thermique est également responsable du bruit en milieu urbain, ce que les populations supportent de moins en moins.

Le bruit dû à la circulation automobile suscite la plus grande perturbation d'ordre acoustique pour les habitants des villes. Les niveaux sonores mesurés à l'intérieur même des habitations par exemple sont sous l'influence du bruit extérieur essentiellement dû à la circulation automobile.

En effet, les effets du bruit paraissent avoir atteint un niveau critique, spécialement en milieu urbain. Tous les sondages et enquêtes concordent: plus de la moitié des français placent le bruit au premier rang des gênes et nuisances qu'ils subissent.

Pour l'ensemble des bruits modifiant la qualité de l'environnement, il est important de tenir compte de leur niveau moyen, de leur durée et de leur répartition de jour et de nuit. Mais un de ces aspects particulièrement traumatisant semble être, dans tous les cas, dû à la présence de pointes, de crêtes de bruit, au dessus du bruit de fond. A la limite, ce sont ces crêtes qui constituent justement "le bruit".

L'AFNOR a homologué 2 définitions différentes du bruit. L'une est physique: "vibration acoustique erratique, intermittente ou statistiquement aléatoire." L'autre prend en compte certains effets de ce type de vibration sur l'Homme: "toute sensation auditive désagréable ou gênante." Cette 2ème définition reflète bien le sentiment général face aux bruit. Le langage courant semble faire la même distinction: si de plus en plus, nous entendons parler de bruit en termes de "luttes contre le bruit", c'est bien qu'il désigne les sons désagréables ou gênants.

Depuis une vingtaine d'années, les pouvoirs publics ont ainsi à faire face aux problèmes difficiles de nuisances et de pollution, qui sont la conséquence du développement intense de la circulation automobile. La traction électrique semble, dans l'état actuel de nos connaissances, susceptibles de contribuer efficacement à la solution de ces problèmes.

On peut ainsi raisonnablement imaginer que notre environnement futur sera exclusivement constitué de véhicules électriques. Mais en dehors des qualités exceptionnelles de cet environnement futur (en terme de non pollution), un grand problème se pose alors, celui de la vie du piéton dans ce nouveau contexte.

En effet, celui-ci de par sa culture guide en grande partie sa mobilité dans la rue en fonction du bruit des véhicules. Dans la perspective future des véhicules électriques, le piéton est alors placé dans une situation de pseudo-surdité qui inhiberait toutes ses références vis à vis du danger par le bruit.

Le but de notre projet est donc de réfléchir sur une technique de substitution du bruit, permettant au piéton d'appréhender les dangers éventuels présents dans cet environnement. On peut donc parfaitement imaginer que ce système utilisable dans le futur simultanément à l'utilisation des véhicules électriques, soit tout de suite utilisable pour les personnes malentendantes évoluant près d'un réseau routier.

2. Caractéristiques et particularités du bruit à compenser

a. Le bruit : source d'informations

Le bruit (ensemble des sons produits par des vibrations, perceptibles par l'ouïe) est le principal moyen d'informations. Cependant, tous nos sens peuvent être utilisés pour la communication des informations: la vue nous fournit des informations sur les qualités visuelles d'un objet ou d'un phénomène, le toucher une information tactile, l'odorat et le goût, une information de goût et d'odeur agréable ou désagréable dégagés.

En résumé, on peut dire que nos 5 sens sont les seuls moyens dont nous disposons pour communiquer (de manière générale, on peut même dire que tous contacts avec l'extérieur se fait par l'intermédiaire de nos sens).

Cependant, il est important de souligner que les informations les plus directes, spontanées se font par l'intermédiaire de l'ouïe. En particulier quand on veut signaler un danger à une personne en face de soi (quand on veut attirer son attention), il est sensiblement plus efficace de crier le danger à cette personne que de lui communiquer de façon visuelle (en agitant les bras pour attirer son attention, par exemple).

Ainsi une des plus importantes particularités du bruit est la possibilité de communication rapide, en particulier vis à vis d'un danger.

b. Le bruit : source d'information localisée

Une des particularités du son est qu'il est possible de localiser une source sonore dans l'espace. La localisation complète comporte une localisation en hauteur (hauteur de la source au dessus du sol) et une localisation en direction (en face, à droite, à gauche), éventuellement complétées par la détermination de la distance à laquelle se trouve la source.

Cette orientation auditive est précise même si la tête de l'individu est tout à fait immobile. Elle repose sur les différences qui existent entre les vibrations parvenant aux deux oreilles, lorsque la source sonore n'est pas dans le plan de symétrie du sujet. Les vibrations reçues par les oreilles peuvent en effet présenter des différences de deux sortes, qui jouent l'une et l'autre un rôle dans l'orientation: différence d'intensité et différence de phase.

Si la source sonore est sur le côté, l'une des oreilles en est plus éloignée que l'autre; en outre elle se trouve cachée par la tête qui forme écran et intercepte une partie des vibrations; cette oreille reçoit donc le son avec un certain retard et avec une intensité plus faible.

Si la source sonore, au contraire, est exactement en face de la tête, il n'y a aucune de différence entre les vibrations parvenant à l'une et à l'autre oreille.

Sons aigus / sons graves

Lorsqu'il s'agit d'une source sonore se trouvant placée sur le côté du sujet, la différence d'intensité entre les sons parvenant aux deux oreilles est due au fait que la tête porte ombre, c'est à dire arrête une partie des vibrations; toutefois cet effet n'a lieu que pour des sons suffisamment aigus; les vibrations de fréquence faible, c'est à dire les sons graves, ont en effet une longueur d'onde plus grande que la largeur de la tête, et celle-ci ne constitue pas un obstacle à leur propagation. C'est à partir de la fréquence 300 qu'une différence d'intensité peut exister entre les deux oreilles et cette différence est d'autant plus grande que le son est plus aigu. Aussi la localisation par différence d'intensité existe-elle surtout pour les sons aigus.

De plus, dans cette situation, l'une des deux oreille reçoit le son avec un certain retard, qui est égal au temps mis par les vibrations pour parcourir la distance supplémentaire. Le supplément de distance à parcourir est alors la distance des deux oreilles. Les vibrations arrivent aux deux oreilles avec une différence de phase. Cette différence de phase ne sert à la localisation que pour des sons suffisamment graves; il faut en effet que la différence de marche ( ou de distance parcourue par les vibrations) soit inférieure a une demi-longueur d'onde. En effet, si cette différence de marche est supérieure à une demi-longueur d'onde, on ne peut pas se rendre compte si la vibration est en avance ou en retard.

En résumé, l'orientation se fait par la différence d'intensité pour les aigus, par la différence de phase pour les graves, avec une zone intermédiaire dans laquelle l'intensité et la phase interviennent ensemble.

Un autre particularité du bruit est qu'il rend compte de la dynamique des sources. C'est l'effet "Doppler" bien connu, selon lequel le son d'un émetteur se rapprochant d'un observateur est perçu plus aigu que la réalité (et plus grave s'il s'éloigne).

c. Culture du bruit

Une autre particularité du bruit urbain mais qui n'est pas une caractéristique propre au bruit correspond à ce qu'on pourrait appeler la "culture du bruit". Tout individu ayant vécu au temps des véhicules non électriques a été inconsciemment éduqué au bruit urbain et reconnaît ainsi sans aucun effort le type de véhicule, sa proximité, sa vitesse...

d. Conclusion

Toutes ces particularités du bruit (source d'information, qui plus est localisée, dont on peut déduire de nombreuses caractéristiques de l'environnement routier) doivent être substituées par une nouvelle technique permettant au piéton (évoluant dans un environnement de voitures électriques ou piéton malentendant) d'appréhender d'éventuels dangers.
II. LE DISPOSITIF TECHNIQUE

Nous avons décidé de substituer les informations sonores perdues par une information tactile.
Notre système sera un émetteur récepteur. Nous serions équipés d'un récepteur d'ondes qui se présenterait sous la forme d'une ceinture vibratile et l'émetteur serait fixé sur les véhicules.

1. Caractéristiques

Dans ce paragraphe nous allons exposer les caractéristiques que devra présenter le dispositif que nous avons imaginé.

Projetons nous dans le futur, dans une ville où les véhicules ne produiraient plus aucun son. On perdrait, alors, bon nombre d'informations qui nous sont fournies par notre ouïe. Par exemple on ne serait plus capable d'estimer la vitesse des véhicules, la distance à laquelle ils se trouvent, d'où viennent les véhicules, etc...

Il faudrait donc que notre dispositif rende compte de toutes ces informations " perdues ".

Il est donc nécessaire que notre dispositif possède plusieurs propriétés. Il faudrait que notre système rende compte de la notion de direction, en effet grâce à notre dispositif nous devons être capable de déterminer la position du véhicule (droite-gauche-devant-derrière), on a donc pensé à des vibrations localisées au niveau de la ceinture.

De plus il faudrait que le dispositif puisse analyser les dangers immédiats des véhicules qui ne présentent aucun danger. Il y aura, donc, plusieurs niveau d'intensité de vibration qui sera fonction de la vitesse de la voiture. Il faudrait aussi que les non-dangers ne soient pas perçus.

En revanche, il faudrait que l'utilisateur ne soit pas trop sollicité car les stimulations pourraient devenir pénibles et se transformer en routine, ce qui entraînerait une absence de réaction lors du stimulus. Il serait donc nécessaire pour l'utilisateur d'avoir une phase d'apprentissage, de familiarisation avec l'appareil, afin que les stimuli perçus entraîne une réaction adaptée de la part de l'utilisateur. Cette phase pourrait se présenter sous la forme d'une mise en situation virtuelle, au cours de laquelle l'utilisateur acquérirait certaines références qui lui permettraient de réagir de manière adéquate.

Par exemple, imaginons que l'utilisateur perçoive une stimulation du côté droit, il regarderait alors à sa droite et analyserait la situation, ce qui lui permettrait d'anticiper ses actes (à savoir s'il doit traverser ou pas), et ainsi éviter un accident.

Parlons maintenant du côté pratique du dispositif. La ceinture serait en contact direct avec la peau, elle se mettrait sous les vêtements.

Remarque : il faut alors que l'onde émise par l'émetteur traverse les vêtements. Il faut, par conséquent, que l'on étudie les propriétés des ondes lorsqu'elles se propagent dans un ou plusieurs milieux.

2. Quelques rappels sur les ondes

Afin de mieux comprendre le fonctionnement du dispositif, nous allons exposer quelques rappels sur les ondes.

a. Généralités

Rappelons tout d'abord que la longueur d'onde l d'une onde électromagnétique est reliée à la fréquence f par la relation l=c/f, où c est la vitesse de la lumière (c=300 000km/s).

b. Sélection des ondes qui vont être utilisées dans notre dispositif

Etant donné qu'à des fréquences supérieures à 1 GHz la propagation des ondes électromagnétiques se fait en ligne droite et que au-delà de 6 GHz les phénomènes météorologiques comme la pluie ou la neige deviennent prépondérants. C'est-à-dire que la transmission s'effectue difficilement, car l'atténuation de l'onde est d'autant plus forte que la fréquence est élevée.

On choisira donc pour notre dispositif des fréquences comprises entre 1 et 5 GHz, ce qui correspond à des ondes dites " courtes " (longueurs d'onde métrique et plus courtes). Etant donné que ce ne sont pas des ondes acoustiques, elles seront inaudibles.

Dans ce cas de figure, on peut considérer que les ondes se propagent en lignes droite et sans aucune atténuation dans l'air.

c. Réflexion et réfraction à la limite de deux milieux

On remarque que la trajectoire du faisceau incident est déviée lors du passage du milieu 1 au milieu 2.

Par exemple : si on considère que le milieu 1 est de l'air et le milieu 2 un mur.
Donc à travers un mur l'onde passe mais est atténuée. Afin de limiter le phénomène de réflexion (par rapport à la chaussée), notre faisceau émis serait parallèle à la chaussée, car la réflexion est synonyme d'ondes parasites.

d. Phénomène de diffraction

Lorsqu'une onde rencontre un obstacle (ce qui sera certainement le cas dans une ville, avec les bâtiments par exemple), elle se diffracte.

On peut schématiser la diffraction comme suit :

onde incidente --> obstacle --> existence d'une zone d'ondes diffractées

On part d'un faisceau et on obtient plusieurs faisceaux.

Si on considère un faisceau diffracté son intensité est moins élevée que celle du faisceau incident, étant donné que le faisceau incident a " donné naissance " à plusieurs faisceaux diffractés (on peut concevoir la chose comme un partage de l'énergie).

3. Le dispositif technique : la ceinture vibratile

Le dispositif est constitué de deux parties (cf annexe 3) :

a. L'émetteur

Il doit être situé sur la partie avant du véhicule, au niveau des phares par exemple.

Son faisceau d'émission devra être dirigé sur l'avant du véhicule, partie la plus dangereuse pour un piéton. Et l'étendu de ce faisceau devra être suffisamment grande.

De plus, l'intensité du signal radio devra être modulé par l'émeteur, qui, pour cela, sera couplé au compteur de vitesse de la voiture.

Cela afin de faciliter les capacité d'analyses du récepteur en fonction de la plus ou moins grande situation à risques et de prévenir les phénomènes d'atténuation par rapport au bruit de fond (éventuelles émissions industrielles, parasites...)

b. Le récepteur et la ceinture vibratile

Le récepteur et la ceinture vibratile ont plusieurs fonctions distinctes :

L'analyse du signal est relativement simple : la vitesse et la direction de la source de ce signal sont déterminées par analyse de l'effet Doppler.

Par contre l'intensité de ce signal doit être plus particulièrement étudié. On distinguera deux cas :

c. La ceinture

Elle comporte le récepteur et, plus particulièrement, un système de secteurs vibratiles.

Afin de simplifier l'utilisation de cette ceinture, nous avons opté pour la division de celle-ci en quatre secteurs :

Et opté pour deux fréquences de vibrations : une lente pour les situations de dangers " faibles ", et une plus rapide pour les situations plus dangereuses.
III. CONSÉQUENCES MISES EN JEU

1. Reconstruction d'invariants

Nous sommes tout à fait conscients que la ceinture vibrante ne sera pas "acceptée" et "intégrée" dans la vie des individus du jour au lendemain. Mais, rassurons-nous, notre environnement ne sera pas non plus dès demain constitué de voitures électriques. Dans les 2 cas, entre la recherche et l'expérimentation d'un nouveau produit, se situe une phase qui prend généralement la forme d'une expérimentation.

Ainsi la mise en place de cette ceinture doit être progressive. De nos jours, elle nous semble surréaliste, parce que nous avons notre culture, nos habitudes inconscientes de reconnaissance des bruits des véhicules. Cette habitude de vie que nous avons vis à vis du bruit, devra être détruit (car pour notre bien-être, les voitures électriques prendront la place des voitures bruyantes). Un nouvel invariant vis à vis de la circulation automobile se mettra alors en place: celui de la perception de la circulation automobile par des vibrations reçues au niveau de la ceinture.

Pour les individus ayant connu les voitures non électriques, cet nouvel invariant nécessitera un apprentissage actif (sous forme de stages pendant lesquels on apprendrait à reconnaître à quoi les vibrations correspondent…). Pour les individus naissant "au temps des voitures électriques" cet invariant se fera automatiquement, de la même façon que la culture du bruit des véhicules s'est fait pour nous.

Cette remarque est également valable pour les malentendants utilisant la ceinture. Les individus ayant connu les voitures non-électriques correspondant aux individus ayant vécu sans leur handicap, les individus nés au temps de la voiture électrique correspondant aux personnes nées avec l'handicape de la surdité.

2. Une ceinture pour tout le monde

Contrairement à beaucoup de techniques inventées pour résoudre des problèmes, la ceinture vibrante n'engendrera pas de discrimination. On ne la portera pas pour palier à un handicap individuel. Tout le monde la portera pour vivre et évoluer dans cette nouvelle vie. Nous imaginons que cette ceinture peut être bien acceptée car elle permettra de résoudre un problème, conséquence néfaste d'une technique dont le but est une vie meilleure et plus agréable.

Dans le cas d'utilisation de la ceinture chez les malentendants, cette remarque n'a pas lieu d'être. Cependant, ces individus ne seront pas non plus en situation de discrimination car la ceinture est discrète et placée sous les vêtements. Une personne s'étant parfaitement adaptée au système agira vis à vis des vibrations reçues au niveau de la ceinture de la même façon qu'une personne évoluant en fonction des bruits familiers des véhicules.

3. Prise de confiance en un objet technique

Quand nous évoluons dans une rue, sur un trottoir nous avons confiance en notre ouïe. Dans cette perspective de ceinture, nous demandons à chaque individu de faire confiance en un objet non seulement extérieur à lui-même mais en plus technique. Et comme nous le savons, la technique fait peur: un objet pas naturel ne nous rend pas naturellement confiant.

Cependant, de nombreux exemples dans notre vie actuelle nous montrent que cette prise de confiance est tout à fait possible. Les individus malvoyants n'ont pas eu d'autres solutions pour pouvoir évoluer et vivre normalement que d'utiliser une technique qui est la paire de lunettes qu'un considérable pourcentage de la population porte aujourd'hui.

Le dispositif technique substituant doit donc s'incorporer dans la vie de l'individu comme les lunettes se sont incorporés dans la vie des individus ayant des problèmes de vision. Ce sera une prothèse, se fondant dans l'anatomie de la personne (les lunettes font tellement partie de l'anatomie de certaines personnes qu'on a vraiment le sentiment qu'il lui manque quelque chose quand elle les ôte).

Mais de la même façon que l'on désire choisir de belles lunettes, on peut très bien imaginer que l'on pourra choisir une belle ceinture vibrante assortie par exemple aux sous-vêtements de la personne. De part notre culture et nos habitudes, nous pensons tous que ce bout de tissu sur les parties intimes de notre corps sont jolies, mais pourquoi ce morceau de tissu au niveau de la taille assorti au reste, ne le deviendrait-il pas lui aussi?

4. Subir des vibrations plutôt que des bruits

La technique de la voiture électrique pose en effet un gros dilemme dont nous avons déjà fait allusion dans la 1ère partie de ce rapport: elle permet la suppression des bruits que les gens ne supportent plus de subir mais elle pose en même temps le problème du côté utile d'après notre culture du bruit des véhicules. Finalement pour résoudre ce problème, on se rend compte que la technique inventée a aussi des aspects désagréables. De la même façon que lorsque l'on se promène sur un trottoir sans volonté de traverser une route, on entend le bruit des voitures qui passent et qui pourtant ne nous mettent pas en danger, l'individu évoluant dans la rue avec la ceinture électrique recevra aussi des vibrations "inutiles".

Cependant, une des caractéristiques de notre invention est que l'on n'est pas obligé de la supporter tout le temps (quand on est tranquillement installé à la terrasse d'un café par exemple), grâce au système d'interrupteur incorporé.

Par contre, ce système implique un apprentissage particulier: l'individu doit penser quand il sort dans une rue à allumer systématiquement sa ceinture. Nous pensons que ce geste après apprentissage pourrait devenir une habitude: on allumerait sa ceinture vibrante comme on met son manteau ou comme on prend ses clés avant de sortir.


5. Résoudre le problème d'une technique par une autre technique

Notre dispositif imaginé consiste en effet à résoudre le problème découlant de la technologie des voitures électriques par une autre technologie, celle de la ceinture vibrante. Il est en effet déroutant de devoir palier aux défauts d'une technique par une autre technique. N'est ce pas que la 1ère technique des voitures électriques est mal pensée? La solution finalement n'est-elle de repenser la technique de la voiture électrique plutôt que d'inventer une nouvelle technique pour résoudre ses problèmes? Cependant il est important de signaler que notre invention n'est pas le seul exemple et que beaucoup de techniques sont déjà mises en place pour palier aux problèmes d'une autre technique.

Par notre invention, c'est à l'Homme de s'aliéner en utilisant la ceinture vibrante pour palier au problème de la technologie de la voiture électrique. Si l'on considère par exemple une technique inventée pour résoudre des difficultés naturelles (une maladie innée par exemple), le problème est cognitivement différent: l'individu doit s'aliéner d'une technique pour résoudre un problème humain. Dans le cas où notre invention est utilisée par des personnes malentendantes, ces réflexions cognitives n'ont en effet pas lieu d'être.

La question que l'on peut se poser après une telle réflexion est: pourquoi ne serait-il pas le technique qui s'aliénerait plutôt que l'Homme? On peut en effet imaginer un système incorporé aux voitures électriques qui détecterait la présence de piétons aux alentours de son passage. Par exemple, la voiture non bruyante émettrait une onde sonar qui détecterait la présence d'individus. Ceci revient alors à repenser la technique de la voiture électrique plutôt qu'à inventer une technique palliant aux problèmes de celle-ci. Dans cette perspective, l'Homme ne s'aliénerait pas à une technique nouvelle et pourrait évoluer tranquillement dans la rue.
CONCLUSION

Dans la perspective future des voitures électriques, l'information auditive que nous avons vis à vis de la circulation automobile sera inhibée. Nous nous sommes intéressés à ce problème et avons chercher à inventer une technique de substitution au bruit des voitures.

Le dispositif inventé est donc une ceinture vibratile composée d'un émetteur et d'un récepteur. Les voitures émettent un certain type d'onde radioélectriques directement détectées par le récepteur.

Nous sommes tout à fait conscients que dans l'état actuel de la technologie, un tel dispositif n'est pas commercialisable (dimensions excessives du récepteur du type d'ondes utilisé). Cependant, nous pensons que notre dispositif (moyennant quelques améliorations techniques soulevées lors de l'exposé)peut répondre au problème posé par les voitures électriques et qu'il peut dans le futur s'incorporer dans la vie de tous les individus.
BIBLIOGRAPHIE