En vibrant dans l'air, le son fait imperceptiblement réagir les objets environnants. Or, des algorithmes sont désormais capables de traduire ces infimes réactions, jusqu'à restituer mot pour mot ce qui s'est dit dans une pièce. Une aubane pour espions.

Repères : Caméras de la taille d'un grain de riz à dissimuler partout, micro-canons saisissant le moindre murmure à des dizaines de mètres, algorithmes sophistiqués s'infiltrant dans les réseaux les plus sécurisés. L'espionnage de technologies toujours plus poussées. Qui reposent toutes sur le même principe : saisir l'information à sa source (une conversation, les données d'un disque dur), ou l'intercepter quand elle transite par un câble, une onde, un faisseau lumineux...

Une plante verte posée dans un coin. Des gens qui discutent. Personne ne fait attention à elle. Ce n'est qu'une plante verte. Pourtant, elle écoute tout ce qui se dit dans la pièce. Et plus tard, elle rapportera ce qu'elle a entendu. Même chose pour un paquet de chips, un mouchoir, un sachet de thé... Pour être anodins, ces objets ne perdent pas une miette de ce qui se dit autour d'eux. Et ne se priveront pas de vendre la mèche.
Imaginons à présent que vous tapiez un e-mail sur votre ordinateur. Votre connexion est sécurisée, vos messages cryptés, vous pensez être à l'abri des indiscrétions. Sauf que, pour qui sait écouter, le cliquetis du clavier trahit tout ce que vous avez écrit ! Et même le doux ronronnement de votre ordinateur peut révéler vos précieuses clés de cryptage. Science-fiction dans la plus pure veine paranoiaque ? Nullement ! Dans des laboratoires américains, israéliens et allemands, des chercheurs ont réussi à rendre bavards des objets qu'aucun espion n'aurait songé à écouter. Comment ? Ici, pas de virus informatique ni de capteurs spéciaux. Mais des caméras et des micros, parfois ceux de simples smartphones, qui filment les plus infimes mouvements d'une plante, écoutent la plus petite variation sonore des touches d'un clavier. Et surtout des algorithmes, issus des derniers développements en analyse statistique et en traitement du signal, qui, d'un enregistrement audio ou vidéo, sont capables d'extraire une conversation ou un e-mail. Cette technique d'espionnage, qui lit littéralement sur les lèvres des objets, est baptisée "attaque par canal caché". Ses premiers succès devraient être rapidement répliqués et améliorés. À la clé : transformer des objets du quotidien en mouchards, du moment qu'ils captent ou émettent des fréquences sonores. "De plus en plus de scientifiques travaillent sur ce sujet, parce que la sécurité des données devient un enjeu crucial et que cette approche est très complexe à surveiller et à anticiper", explique Claude Castellucia, à l'Institut national de recherche en informatique et en automatique.
"Nous montrons comment des informations peuvent fuiter par des objets dont on ne se méfie pas... pour l'instant", renchérit Eran Tromer, à l'université de Tel Aviv, à l'origine de la technique pour extraire les clés de cryptage du ronronnement des ordinateurs. Le contre espionnage s'orgamise déjà, preuve que la menace est prise au sérieux. Premiers visés : micros, caméras et accéléromètres des smartphones et objets connectés. "En étudiant ces failles, on va pouvoir suggerer aux développeurs de modifier leurs produits pour éviter qu'ils soient détournés", explique le chercheur. En attendant, c'est avec circonspection que chacun peut commencer à regarder les objets qui l'entourent. La preuve par trois.

C'est vrai : même avec un matériel d'enregistrement et de diffusion irréprochable, utilisé dans un milieu acoustiquement parfait, notre voix enregistrée nous semble toujours anormale, déformée, souvent plus aiguë. Il s'agit pourtant de notre "vraie voix", celle perçue par ceux qui nous écoutent.

Cette différence a deux origines. La première est liée à l'enregistrement lui-même : le micro capte toutes les harmoniques (les multiples de la fréquence fondamentale à laquelle nous parlons) de notre voix, alors que notre oreille en perçoit majoritairemnt les fréquences graves qui, omnidirectionnelles, lui reviennent plus facilement que les aiguës, unidirectionnelles. À la diffusion de l'enregistrement, notre voix paraît donc plus aiguë.

VOIX AÉRIENNE ET VOIX OSSEUSE : La seconde, raison est due aux deux voies qu'empruntent les ondes sonores pour atteindre notre cochlée, élément de l'oreille interne contenant l'organe de l'audition. À l'écoute d'un enregistrement, notre voix se propage par conduction aérienne, c'est-à-dire dans l'air ambiant, et arrive jusqu'à la cochlée via l'oreille externe (pavillon, conduit auditif externe, tympan) puis moyenne (osselets).
Or lorsque nous parlons, la perception de notre voix aérienne existe toujours, mais est entachée par la voix osseuse, parfois dite "solidienne". Cette dernière, interne et directe, résulte de la conduction des vibrations acoustiques de nos cordes vocales jusqu'à l'oreille interne par les os du crâne, qui favorisent la propagation des basses fréquences. Ainsi, la voix que nous entendons quand nous parlons, qui est la résultante des voix aérienne et osseuse, nous semble plus grave que notre voix sur un répondeur ou une vidéo.

SENTIR LA FRÉQUENCE EXACTE : Voilà pourquoi certains chanteurs, notamment dans les groupes vocaux polyphoniques, mettent une main à l'oreille. En formant une sorte de cornet acoustique dirigé vers leur bouche, ils isolent leur voix des autres et favorisent la perception de la fréquence exacte de leur voix aérienne qu'ils peuvent ainsi corriger.

L'onde sonore compresse et détend le gaz dans lequel elle se déplace. Donc elle le chauffe et le refroidit !

Si vous lisez cette phrase à voix haute, par exemple, vous modifiez la température... de 0,0001 degré. Trop faible pour qu'aucun cri, aussi effroyable soit-il, ne vous glace le sang. Toutefois, en amplifiant ce phénomène, il est possible de fabriquer un réfrigérateur sonore. L'astuce : enfermer un haut-parleur à l'extrémité d'un tube d'hélium sous pression, et adapter la fréquence de la note à la fréquence de résonance du tube... Les variations de température du gaz peuvent ensuite être communiquées à des plaques métalliques thermoconductrices dont la structure évacue la chaleur vers l'une des extrémités. "Ainsi, d'un bout à l'autre d'une plaque de 30 centimètres, on peut atteindre des différences de 200 degrés", explique Denis Clodic, de l'Ecole des mines de Paris. Il suffit alors de brancher la partie froide à un circuit d'eau pour obtenir un réfrigérateur.

Un simple haut-parleur pour conserver 200 litres de crême glacée ? C'est possible, grâce au "réfrigérateur acoustique", qui exploite l'étonnante capacité du son à souffler le chaud et... le froid.

Parions que vous n'avez jamais songé à climatiser votre voiture en poussant le... volume de l'autoradio à fond. Et pourtant, l'idée n'a rien de farfelu. Car un son se propage comme une onde de pression qui comprime, puis détend des paquets de molécules, entraînant du coup une variation de température ! Certes, une discussion entre amis ne provoque qu'une baisse de l'ordre de 0,0001°C et un bruit de 120 décibels (dB), seuil de douleur de l'oreille humaine, de 0,02°C... Mais, en confinant une note très puissante dans un tube rempli d'hélium sous pression, les chercheurs font mieux. Incroyablement mieux : cet automne, dans un hangar de la faculté d'Orsay, dans l'Essonne, un tel prototype devrait descendre jusqu'à - 150°C !

La découverte des liens intimes entre température et son ne date pas d'hier. Cela fait 200 ans que les physiciens les ont intégrés dans leur théorie. Et les souffleurs de verre ont depuis longtemps constaté que la différence de température entre le verre chauffé à blanc et le tube creux dans lequel ils soufflent entraîne un léger sifflement. Mais c'est seulement au milieu des années 80 que les chercheurs américains du Los Alamos National Laboratory (LANL), au Nouveau-Mexique, ont eu l'idée d'exploiter le phénomène inverse : un son qui souffle le chaud et (surtout) le froid ! Et ça marche, au point que l'acoustique pourrait bien changer radicalement notre façon de refroidir l'enceinte d'un frigo ou l'habitacle d'une voiture... Car, jusqu'ici, une seule technique prévaut : celle des changements de phase d'un fluide frigorigène. Son principe ? Un gaz réfrigérant est porté à haute pression puis liquéfié et vaporisé lors d'une violente détente, ce qui arrache de la chaleur autour de lui. Mais l'écrasant monopole de cette méthode ne signifie pas qu'elle soit la panacée ! Les gaz réfrigérants hydrofluorocarbones (HFC) qui ont remplacé les chlorofluorocarbones (CFC), nocifs pour la couche d'ozone, s'avèrent de redoutables gaz à effet de serre. Et la mécanique du compresseur est compliquée, lourde, bruyante et sujette aux pannes. Autant d'inconvénients que la discipline émergente de la "thermoacoustique" promet justement d'éviter.

UN BRICOLAGE ASSEZ SIMPLE... Le secret de la thermoacoustique : faire jouer le rôle de piston à une violente onde sonore enfermée dans un conduit chargé d'un gaz inoffensif pour l'environnement. Une seule note de musique, à la fréquence bien calibrée, et la température baisse... En clair, le son permet de créer des réfrigérateurs plus robustes et respectueux de l'atmosphère. À quel prix ? A priori, rien de faramineux : produire du froid à partir d'énergie acoustique ne nécessite aucun matériau rare et cher. En outre, l'absence de partie mobile (tel le piston du compresseur) évite un usinage très précis et réduit les risques de panne et de fuite, donc les frais de maintenance. Qui dit mieux ?
Pour saisir le fonctionnement de ces dispositifs, il faut pénétrer dans le tube rempli d'hélium où circule l'onde acoustique, et plonger à l'échelle d'un paquet de molécules de gaz. À chaque passage de la vague sonore, qui voyage d'un bout à l'autre du conduit, le paquet bouge autour de sa position d'équilibre, en subissant détente et compression. L'onde entraîne les particules à droite en les comprimant, puis à gauche en les détendant. Et les chercheurs calculent la longueur du tube de façon à ce que l'onde soit stationnaire et en résonance, ce qui permet d'avoir de plus grandes oscillations de pression, donc de températtire. Pour faire fructifier ces variations, le gaz est mis en contact avec une pile de plaques en Inox, parallèles à l'axe du tube. À chaque cycle, c'est la même chanson : cette danse en ligne pompe de la chaleur au bord gauche pour la transporter vers le bord droit du "mille-feuille". Il suffit alors de relier l'extrémité gauche au compartiment à refroidir. Un haut-parleur, du gaz inerte, un tube fermé, un empilement de plaques : le froid sonore se contente de peu. En comparaison, la seule compression d'un gaz frigorigène

DERNIER AVANTAGE : LE SILENCE : Ce couplage des deux phénomènes thermoacoustiques inverses offre d'autres perspectives. Rien n'empêche, par exemple, d'exploiter les rayons du soleil pour fournir un son à même de produire du froid. Des études sont ainsi menées pour conserver des vaccins dans les campagnes africaines, sud-américaines et du Bengladesh. Rien n'empêche, non plus, de récupérer l'énergie thermique perdue dans nos moteurs à combustion, où 60 % de l'énergie des Carburants est transformée en chaleur ! Rêvons un peu : à l'échelle des États-Unis, où le taux d'équipement en air conditionné des véhicules neufs frôle les 100 %, une révolution thermo-acoustique entraînerait l'économie de 169 millions de barils de pétrole ! On imagine aussi climatiser un train entier à partir de la chaleur perdue par sa motrice. Et puis, il y a des endroits où l'encombrement ne pose aucun problème : il suffit de voir la taille des climatisations de bureaux". On les voit et, bien pis, on les entend.
Car le bruit est le dernier avantage, paradoxal, de la thermoacoustique. Qui n'a pas pesté contre le ronron du réfrigérateur de la cuisine ? Or le tube du réfrigérateur acoustique ne laisse rien filtrer de l'ambiance digne d'une rave parti qui règne à l'intérieur. Reste donc à espérer que son prototype fasse grand bruit auprès des industriels.