Mesurer les doses vibratoires des outils : Pour mieux estimer les risques pour la santé

Mieux mesurer les doses vibratoires des outils : pour mieux estimer les risques pour la santé
Photos IRSST/Dominique Desjardins

L’utilisation d’outils vibrants comporte plusieurs risques pour la santé. Douleurs, sensations de froid, picotements, blanchissement des doigts, perte de sensibilité tactile et de force de préhension. Les troubles se manifestent graduellement, en fonction de l’exposition; c’est le syndrome des vibrations main-bras. Les vibrations ont des effets sur la circulation sanguine (syndrome de Raynaud) et sur le système nerveux, et peuvent aussi provoquer ou amplifier divers troubles musculosquelettiques. Pour contrer ces effets, il faut d’abord pouvoir les mesurer. Des chercheurs y travaillent.

Mesure des doses vibratoires et normalisation

À l’heure actuelle, pour des raisons pratiques, la plupart des autorités réglementaires et des organismes de normalisation, comme l’Organisation internationale de normalisation (ISO), utilisent la mesure de l’accélération au niveau de la poignée de l’outil pour évaluer l’exposition aux vibrations. En effet, des études ont démontré que l’importance des effets sur la santé était liée à l’accélération des vibrations, exprimée en mètre par seconde carrée (m/s2 ). Une pondération fréquentielle de l’accélération tient compte du fait que la sensibilité de la main humaine aux vibrations varie selon la fréquence du mouvement oscillatoire. Ainsi, pour évaluer l’exposition aux vibrations transmises par la main, la norme ISO 5349-1 fournit des indications liées au calcul de l’accélération pondérée ainsi qu’à la durée d’exposition quotidienne.

« Or, explique Pierre Marcotte, chercheur à l’IRSST, la norme ne tient pas compte des forces de préhension et de poussée exercées par le travailleur sur la poignée, même s’il est maintenant établi scientifiquement que les forces appliquées sur la poignée d’un outil vibrant augmentent l’absorption de l’énergie vibratoire par le système main-bras. La norme n’a pas suivi, car il n’existait encore aucun système pratique et économique pour réaliser cette mesure sur le terrain. »

L’équipe de recherche souhaite élaborer un système peu coûteux pour mesurer les forces statiques et dynamiques qui s’exercent entre la main et la poignée, lorsqu’on utilise des outils vibrants, en fonction du type d’outil, de la posture de l’opérateur et de ses habitudes de travail.

En collaboration avec un professeur de l’Université Concordia, Subhash Rakheja, Pierre Marcotte travaille à pallier ce manque important dans l’estimation des doses vibratoires et des risques pour la santé. Membre du Comité canadien consultatif ISO/TC 108/SC 4 : Exposition des individus aux vibrations et chocs mécaniques, il souhaite améliorer les normes en la matière. Il cherche surtout à mieux estimer les risques auxquels s’exposent les travailleurs, en situation réelle de travail, afin de préserver leur santé.

Un système simple, fiable, abordable

2016 09 main
Photos IRSST/Dominique Desjardins

Les chercheurs ont d’abord testé des capteurs constitués de résistances sensibles à la pression enchâssées entre deux minces couches de polymère (voir les photos). Leur flexibilité et leur faible coût les rendent particulièrement attrayants pour la conception d’un système de mesure des forces de couplage (poussée et préhension) à l’interface main-poignée, dans des conditions de travail réelles. Installés à l’endroit où la paume et les doigts touchent la poignée d’un outil, les capteurs transforment la force exercée en un signal électrique par un circuit de conditionnement que l’équipe de recherche a conçu. Le capteur de la paume mesure principalement la force de poussée que le travailleur exerce sur l’outil, tandis que celui des doigts capte la force de pré- hension.

Le circuit de conditionnement permet également de mesurer la force dynamique (que génèrent les vibrations) appliquée à la main. Le système peut ainsi tenir simultanément compte des forces statiques (poussée et préhension) et dynamiques (vibrations) transmises à la main. Associée à la mesure de l’accélération au niveau de la poignée, la force dynamique permet d’évaluer l’impédance mécanique du système main-bras. Cette impédance quantifie la résistance qu’oppose le système main-bras au mouvement vibratoire que lui impose l’outil vibrant.

Des résultats probants

« Nous avons réussi à concevoir un système simple, fiable et peu coûteux pour évaluer la réponse biodynamique du système main-bras aux vibrations, une mesure qui se trouve véritablement reliée à l’absorption de l’énergie vibratoire par la main. Nous avons aussi validé son fonctionnement sur un outil à percussion, pour vérifier que le capteur fonctionnait même lorsqu’il y a des chocs. » Le système a été soigneusement calibré et testé en plusieurs étapes et à divers degrés de validation, avec diffé- rents utilisateurs : en modes statique et dynamique, à l’aide de poignées instrumentées de formes et de tailles différentes, ainsi qu’à l’aide d’un outil à percussion (marteau burineur). Les résultats sont probants.

Le système que l’équipe de recherche a conçu fournit de bonnes estimations, dans des conditions représentatives du travail. Il faut toutefois étalonner correctement chaque capteur, en fonction de l’utilisateur et de l’outil, avant de procé- der aux mesures. Cela ne constitue pas en soi une limitation, puisque les chercheurs ont trouvé une méthode d’étalonnage facile et rapide sur le terrain : l’utilisateur se tient debout sur un pèse-personne et applique subsé- quemment plusieurs forces de poussées sur l’outil (vers le bas). Le signal électrique correspondant à ces différentes forces (au capteur de la paume) est alors enregistré. De même, pour calibrer l’autre capteur (celui des doigts), le sujet serre la poignée, sans appliquer de force de poussée.

Retombées

Les chercheurs ont communiqué les résultats de leur étude sous forme d’articles scientifiques, parus dans des revues internationales et les ont également présentés à des colloques internationaux. Bien que l’importance de tenir compte des forces de couplage pour quantifier l’exposition aux vibrations main-bras soit largement reconnue, la mesure de ces forces n’avait auparavant produit que des résultats limités. Cela s’explique essentiellement par l’absence de systèmes de mesure fiables, surtout sur le terrain. Une étude de la Communauté européenne (CE), nommée VIBTOOL, constitue sans doute l’initiative la plus poussée en ce sens. Des chercheurs européens ont examiné la faisabilité d’un système de capteurs capacitifs pour mesurer les forces de couplage. Toutefois, son coût prohibitif, la fragilité des capteurs et la complexité d’acquisition et de traitement des données compliqueraient son utilisation in situ.

Un prototype à mettre au point

Pierre Marcotte aimerait donc poursuivre le perfectionnement du système et cherche des collaborateurs, notamment pour réaliser des essais sur le terrain. « Probablement des Européens, ajoute-t-il, qui ont déjà travaillé sur ce type de système et ont démontré un intérêt pour tester nos capteurs. Certains les étudient d’ailleurs, en ce moment même. Nous avons choisi des moyens simples et abordables, ainsi qu’une approche plutôt empirique, comparativement à celle employée par les Européens. Leur démarche est très mathématique ; ils utilisent des matrices comportant une multitude de capteurs et ils doivent tenir compte de l’orientation de chacun par rapport à la poignée, ce qui requiert des calculs complexes et de l’équipement dispendieux, ainsi qu’un système très lourd de traitement de données. Tandis que nous mesurons directement la force totale aux capteurs de la paume et des doigts. » À court terme, les chercheurs souhaiteraient améliorer le prototype mis à l’essai, principalement en y ajoutant des bandes de capteurs, car, avec le modèle actuel, le sujet ne doit pas bouger sa main sur la poignée. « Éventuellement, si on veut que la méthode soit employée sur le terrain par des hygiénistes, il faudrait que la personne puisse changer la position de sa main durant l’exécution du travail. » Le système pourrait de plus servir tel quel, en laboratoire, pour caractériser l’émission vibratoire d’outils particuliers.

À plus long terme, bien sûr, Pierre Marcotte souhaite voir « l’inclusion, dans les normes de l’ISO, des forces de préhension et de poussée pour l’évaluation et la définition des doses vibratoires. »

Pour en savoir plus

RAKHEJA, Subhash, Pierre MARCOTTE, Mayank KALRA, Surajudeen ADEWUSI, Krishna DEWANGAN. Étude en laboratoire d’un système de faible coût permettant de mesurer les forces de couplage à l’interface main-poignée d’outils portatifs vibrants, Rapport R-920, 102 pages.

Aussi disponible en anglais

A laboratory study of a low-cost system for measuring coupling forces, Rapport R-923, 92 pages.