Cymatique

By Dominique Clergue on 14 juillet 2021 No Comments / 1471 views

Utkan Demirci et Sean Wu utilisent l'acoustique pour manipuler les cellules cardiaques selon des motifs complexes.

Cymatique, est un terme inventé par le philosophe suisse Hans Jenny (1904-1972), et qui vient du substantif grec κῦμα, la vague. Le son est une perception provoquée par des vibrations physiques. Il peut traverser tous les états de la matière, liquide, solide, gazeux, plasma et se propage à une vitesse qui dépend du milieu. En traversant la matière, il produit des vibrations qui sont à l’origine du procédé cymatique.

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Les figures de Chladni

Naturellement, les physiciens se sont aussi intéressés à la faculté qu’ont les sons d’organiser, de faire vibrer la matière. Il a fallu trouver des façons de rendre le son visible. Le physicien allemand Ernst Chladni (1756-1827). à l’aide d’un archet, fait vibrer des plaques de métal recouvertes de sable ou de sel. Il voit ainsi apparaître des figures géométriques. Ces dessins évoluent en fonction de la fréquence vibratoire de la plaque.

L’Institut International des Musiques du Monde a invité la coopérative ouvrière de production DUODAKI à participer à une consultation pour la création de son identité visuelle. Cette institution a pour objectif de devenir un pôle d’excellence en matière d’éducation, de formation, de recherche, de publication, de programmation, de production et de diffusion musicale. À partir des figures de Chladni, DUODAKI a conçu une typographie originale, présente dans le logotype.

Le tube de Kundt

Le tube de Kundt ou appareil à ondes stationnaires, nommé d’après son inventeur August Kundt, est un dispositif expérimental permettant de mettre en évidence les ondes stationnaires sonores dans un tube rempli d’air. Le principe des ondes stationnaires est le suivant :

Le tube est fermé à une extrémité par un porte-éprouvette. L’éprouvette (homogène, isotrope) de matériau absorbant est cylindrique et d’épaisseur finie.
À l’autre extrémité, un haut-parleur alimenté par un générateur de basses fréquences émet une onde sonore de fréquence pure (onde incidente) qui est réfléchie par le porte-éprouvette.
À la traversée de l’éprouvette, l’onde perd de l’amplitude (transformation d’énergie par absorption). L’onde réfléchie est par ailleurs en déphasage (dû au retard) avec l’onde incidente. Les ondes réfléchie et incidente se composent pour former une onde stationnaire.

Le statisme des figures de Chladni fait place à une organisation mouvante de la matière, qui semble danser et se sculpter au gré des fluctuations de l’onde sonore.

Sérénade de poussière est la reconstitution de l’expérience acoustique d’August Kundt, elle entend nous rappeler la matérialité du son. Des tubes remplis de fragments de mots et de lettres – la théorie du découpage – interagissent avec les ondes sonores et se transforment en figures de poussière. Ici, les visiteurs peuvent moduler la fréquence du son émis en déplaçant une tige et créer différents effets sonores harmoniques. Au fur et à mesure que les ondes sonores figurent, refigurent et défigurent le texte, nous invitons les visiteurs à repenser la tension entre leurs connaissances théoriques et l’expérience sensorielle.

Paysages vibrants

Hans Jenny (1904-1972) prolonge le travail de Chladni en utilisant l’électricité pour faire vibrer de manière continue les plaques. Il utilise pour cela de nombreux matériaux, poudres et fluides, parfois mélangés. Ce qui lui permet de varier et de multiplier les paramètres de résonance. Ses expériences donnent naissance à des figures raffinées, qui se métamorphosent au gré du son.

Textures frissonnantes, archipels colorés et dessins organiques illustrent cette quête du son créateur. Paysages géométriques et abstraits, sculptures en mouvement qui matérialisent le son, et donnent naissance à un véritable art cymatique.

Une chorégraphie acoustique

Les cellules cardiaques sont parmi les plus denses du corps – environ 100 millions s’intègrent dans un espace de la taille d’un morceau de sucre. La structure compacte serre les cellules si près les unes des autres qu’elles peuvent communiquer les unes avec les autres et battre comme un seul bloc. Pour les ingénieurs tissulaires, cependant, cela pose un obstacle délicat : emballer les cellules trop étroitement et certaines n’obtiendront pas les nutriments appropriés ; trop lâche et ils ne peuvent pas coordonner un battement.

Le cardiologue Sean Wu, MD, PhD, avait sondé le problème lorsqu’il a rencontré Utkan Demirci, PhD, un bioingénieur acoustique et professeur de radiologie. “Utkan a évoqué l’idée que nous pouvions utiliser l’acoustique pour emballer les cellules de manière très dense tout en conservant une capacité à contrôler et à ajuster leur organisation – et nous étions vraiment excités”, a déclaré Wu, professeur agrégé de médecine.

« Vous pouvez déclencher ces ondulations à petite échelle », explique Demirci. “Similaire aux marées de l’océan qui emportent les trésors d’un navire coulé jusqu’au rivage, nous faisons en quelque sorte la même chose avec les cellules cardiaques.” La grande différence, cependant, est que Demirci et Wu peuvent contrôler la « houle» en réglant un bouton qui modifie les vagues.

Wu et Demirci peuvent alors guider les cellules cardiaques selon presque tous les modèles qu’ils souhaitent. “Vous pouvez créer des triangles, des formes hexagonales, des cercles, des lignes – vous pouvez même créer une petite forme humaine”, explique Demirci.

“Et”, ajoute Wu, “si vous n’aimez pas le motif, pour une raison quelconque, vous pouvez le changer, littéralement, en cinq ou six secondes. Vous modifiez la fréquence et l’amplitude, et les cellules se déplacent vers une nouvelle position juste devant vos yeux.

Contrairement à d’autres tactiques d’ingénierie tissulaire, l’acoustique positionne les cellules cardiaques dans une configuration serrée qui ressemble étroitement au tissu cardiaque naturel, transformant la goutte résultante en quelque chose de précieux pour la médecine.

Wu et Demirci pensent que l’ingénierie acoustique pourrait aider à favoriser une modélisation plus réaliste des maladies cardiaques et un dépistage des médicaments. Plus loin, mais toujours à l’horizon, le couple considère même leurs tissus générés comme une option pour les patchs cardiaques chez les patients dont les parois cardiaques sont faibles ou qui ont subi des dommages dus à une crise cardiaque.

Par la suite, Demirci et Wu prévoient d’ajouter une vascularisation – des conduits qui transportent le sang et l’oxygène vers diverses parties d’un organe – pour rendre leur tissu cardiaque généré encore plus réaliste.