Anthropométrie Biomécanique

1. AnthropométrieBiomécanique David Waldura Olivier Palmieri JdV Dijon septembre 2006

2. Plan • Généralités • Définitions • Objectifs • Notions statistiques • Anthropométrie statique • Anthropométrie dynamique • Biomécanique • Le mannequin numérique

3. Généralités • La « Machine Humaine » : • L’homme moyen n’existe pas • Extrême variabilité des caractéristiques d’un individu à l’autre : • Forme, dimensions • Résistance, tolérance • Capacités fonctionnelles (perceptives, cognitives, motrices…) => toujours considérer une population cible • Évolution des caractéristiques en fonction du temps (âge, vieillissement)

4. Définitions • Anthropométrie : • « Anthropos », homme ; « metron », mesurer. • Étude et mesure des dimensions physiques du corps humain. • On distingue classiquement : • Anthropométrie statique • Anthropométrie dynamique • Biomécanique : • Approche de la structure et du fonctionnement des êtres vivants s’appuyant sur les lois de la mécanique.

5. Définitions • Normes : • « Documents établis par consensus, qui fournissent, pour des usages communs et répétés, des règles, des lignes directrices ou des caractéristiques, pour des activités ou leurs résultats, garantissant un niveau d’ordre optimal dans un contexte donné » • Conçues à partie de l’ensemble des informations fournies par l’anthropométrie et la biomécanique. • Ces normes n’englobent pas la totalité des individus mais servent de document de référence. • Elles sont essentiellement indicatives. • Disponibles auprès de la délégation régionale de l’AFNOR (Association Française de Normalisation).

6. Objectifs • Connaître les dimensions : • Des opérateurs pour la conception des postes de travail • Étude des relations réciproques entre les mensurations du corps humain et les dimensions du poste de travail, les machines et l’environnement physique. • Des utilisateurs pour la conception des produits • Renault (Rebiffé et Coll.) 1981-1982 • Campagne de mensuration pour l’industrie de l’habillement 2006

7. Notions statistiques • Impossible de généraliser à un grand nombre d’individus les mesures effectuées sur un seul • Connaissance de la moyenne de l’échantillon insuffisante : nécessité de connaître la variation des dimensions parmi la population concernée pour la conception d’outils ou de poste de travail utilisables par le plus grand nombre

9. Notions statistiques • Etalonnage en centiles (ou percentiles) : découpage de l’effectif en pourcentage. • Entre le 5ème et le 95 ème centile sont compris pour le caractère considéré 90 % des sujets examinés. • Ces notions sont prises en compte par la normalisation.

10. Notions statistiques • Norme EN 614-1 : • Lors de la conception d’un équipement de travail devant être adapté à une population d’opérateurs, les centiles à utiliser doivent aller, au minimum, du 95ème au 5ème centile. • Lorsque l’hygiène et la sécurité sont des facteurs importants, on doit utiliser de plus larges plages, normalement le 99ème et/ou le 1er centile.

12. Variabilité Fréquence 5% de la population dans cette zone 5% de la population dans cette zone 90% de la population dans cette zone Variable mesurée 5ème centile 50ème centile 95ème centile

13. Utilisation des données statistiques • La moyenne et la dispersion de la population doivent être prises en compte. • L’augmentation de l’amplitude du réglage permet l’augmentation de la population satisfaite, mais ce gain est de plus en plus coûteux à obtenir à mesure que l’on s’éloigne de la moyenne.

14. Anthropométrie statique • Mesure des segments corporels des individus • But : obtenir une fiche anthropométrique • Méthodologie : • Recueil des données à l’aide de matériel spécifique (tabouret, toise, goniomètre…) dans des conditions de mesure standardisées. • Interprétation des données (matrice de corrélation, normes AFNOR).

15. Mesure de la taille • Taille = stature = hauteur corporelle • La plus pratiquée, la plus facile à utiliser • Utile : bonne corrélation avec les mesures type longueur utiles en conception • Méthode de la toise de Martin : • Distance verticale entre le sommet de la tête (vertex) et le sol • Sujet debout, redressé au maximum, pieds joints • Position définie par la norme EN ISO 7250

16. Mesure de la taille

17. Taille : moyenne et dispersion

18. Mesure de la taille • Facteurs de variabilité : • Posture • Heure de la journée • Croissance / sénescence • Sexe • Génétique et mode de vie

21. Dimensions segmentaires • L’ensemble des mesures doit être réalisé avec la même méthode pour toutes les mensurations. • Les conditions de mesures sont précisées par la norme ISO 7250. • Calcul des distances inter-articulaires : • Calculées en appliquant aux différentes mesures segmentaires un coefficient correspondant. • Exemple : distance articulation épaule/articulation coude = 80 % de la distance épaule coude mesurée.

22. Exemple de fiche de données anthropométriques(avec référence aux paragraphes de la norme ISO 7250)

23. Corrections liées à l’habillement • L’anthropométrie statique apprécie les mesures d’encombrement des opérateurs dévêtus. • Les données sont ensuite pondérées pour tenir compte des vêtures et des EPI.

25. Anthropométrie dynamique • Le squelette peut être représenté par un ensemble de chaînons articulés dont la mise en mouvement définit : • les volumes dans lesquels il évolue • les limites d’atteintes • les zones de préhension.

26. Anthropométrie dynamique • L’anthropométrie dynamique permet : • la représentation des zones d’évolution et de manœuvre des opérateurs. • la détermination de l’emplacement privilégié des commandes, des informations à saisir et des signaux d’alerte. • l’établissement des dimensions minimales de passage et zones de travail.

27. Anthropométrie dynamique • Méthodologie • Construction graphique d’une aire d’évolution optimale de chaque segment corporel matérialisée par les distances inter-articulaires en tenant compte des angles de moindre inconfort • Prise en compte des angles définissant le champ visuel

28. Angles de moindre inconfort • Le confort d’une posture dépend des angles que font entre eux les segments corporels. • Équilibre entre action des muscles fléchisseurs et extenseurs : la situation est plus « confortable » si les articulations sont dans une position intermédiaire : pas de flexion ou extension extrême. • Toute posture devient « inconfortable » si l’on n’a pas la possibilité d’en changer

33. Zones d’atteinte extrêmes • Définies par les portions de sphère décrites par les membres supérieurs étendus (limite de prise manuelle à ne pas dépasser) • La prise répétée d'objets à la limite des zones maximales d'atteinte nécessite une extension maximale des articulations et un travail musculaire local important.

35. Zones d’atteintes de confort • Correspondent aux zones plus proches du corps. • Elles sont déterminées par les portions de sphères décrites par les membres supérieurs avec une antépulsion de 0° à 20°. Sur un plan horizontal, on estime que ces zones sont limitées, dans la rotation de l'avant-bras, à 40° vers l'extérieur et 60° vers le corps. • L'intersection des zones de confort droite et gauche détermine une zone de manipulation optimale.

36. Zones d’atteinte d’un plan de travail

37. Zones d’atteinte et de passage • Zones d’atteinte • privilégier les petits (5 %) : notion d’atteignabilité • Regrouper les dispositifs d’alarme et d’intervention urgente dans les zones d’atteinte commune des deux mains • Passage, stature corporelle • privilégier les grands (95%) : notion d’accessibilité • le poste est conçu pour le plus grand et adapté pour le plus petit.

38. Zones de passage

40. Recommandations pour indicateurs visuels • Tenir compte des lignes de visée naturelles • Dans le plan vertical, informations dans un angle de 40° en dessous de la ligne horizontale partant des yeux. • Dans le plan horizontal, informations importantes à l’intérieur d’un angle de 30° devant l’opérateur, et accessoires à l’intérieur d’un angle de 60°. • Faire en sorte que l’œil puisse toujours contrôler les mouvements de la main.

41. Recommandations pour indicateurs visuels • Faciliter la perception des informations • Éclairage adapté : 300 à 1000 lux. • Dimension des caractères. • Bon contraste entre l’objet à percevoir et le fond. • Distinction claire des zones «normal » et « alerte ».

45. Mesure de la force musculaire • Facteurs conditionnant l’efficacité musculaire : • Position de l’articulation • Vitesse de la contraction (ou du mouvement) • Durée de la contraction • Répétitivité du mouvement • Type d’effort (statique, dynamique) • Groupe musculaire considéré • Latéralité • Age • Type de population, entraînement, état de santé

46. Mesure de la force musculaire • Force (effort exercé) • Newton : 10N # 1kg • Énergie : force x déplacement • Joule : 1N x 1m • Puissance : énergie/durée • Watt : 1J / 1s (1 cal = 4,18 J)

47. Mesure de la force musculaire • Dynamométrie : • Mesure de l’effort maximal. • Déformation calibrée d’un dispositif mécanique lors de l’effort. • Pas de possibilité de suivre l’effort au cours du temps.

48. Mesure de la force musculaire • Extensométrie : • Basée sur la déformation calibrée d’un dispositif électrique lors de l’effort. • Lecture par l’intermédiaire d’un appareil de mesure et de visualisation. • Possibilité de suivre l’effort au cours du temps.

49. Mesure de la force musculaire • Electromyographie de surface • Mesure indirecte de la force par l’activité électrique du muscle.

50. Force maximale de différents groupes musculairesd ’après Tornvall 1963, in Bouisset, S. & Maton, B. (N) (N) 92 jeunes adultes (19-20 ans) sélectionnés au hasard