Anthropom

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 
• Lhomme moyen nexiste pas
• Extrême variabilité des caractéristiques dun
  individu à lautre
• Forme, dimensions
• Résistance, tolérance
• Capacités fonctionnelles (perceptives,
  cognitives, motrices)
• gt 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 sappuyant 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 dordre optimal
  dans un contexte donné
• Conçues à partie de lensemble des informations
  fournies par lanthropométrie et la biomécanique.
  
• Ces normes nenglobent pas la totalité des
  individus mais servent de document de référence.
• Elles sont essentiellement indicatives.
• Disponibles auprès de la délégation régionale de
  lAFNOR (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 lenvironnement
  physique.
• Des utilisateurs pour la conception des produits
• Renault (Rebiffé et Coll.) 1981-1982
• Campagne de mensuration pour lindustrie de
  lhabillement 2006

7
Notions statistiques

• Impossible de généraliser à un grand nombre
  dindividus les mesures effectuées sur un seul
• Connaissance de la moyenne de léchantillon
  insuffisante nécessité de connaître la
  variation des dimensions parmi la population
  concernée pour la conception doutils ou de poste
  de travail utilisables par le plus grand nombre

8
(No Transcript)
9
Notions statistiques

• Etalonnage en centiles (ou percentiles)
  découpage de leffectif 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 dun équipement de travail
  devant être adapté à une population dopérateurs,
  les centiles à utiliser doivent aller, au
  minimum, du 95ème au 5ème centile.
• Lorsque lhygiène et la sécurité sont des
  facteurs importants, on doit utiliser de plus
  larges plages, normalement le 99ème et/ou le 1er
  centile.

11
(No Transcript)
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.
• Laugmentation de lamplitude du réglage permet
  laugmentation de la population satisfaite, mais
  ce gain est de plus en plus coûteux à obtenir à
  mesure que lon séloigne de la moyenne.

14
Anthropométrie statique

• Mesure des segments corporels des individus
• But obtenir une fiche anthropométrique
• Méthodologie
• Recueil des données à laide 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

19
(No Transcript)
20
(No Transcript)
21
Dimensions segmentaires

• Lensemble 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 lhabillement

• Lanthropométrie statique apprécie les mesures
  dencombrement des opérateurs dévêtus.
• Les données sont ensuite pondérées pour tenir
  compte des vêtures et des EPI.

24
(No Transcript)
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 datteintes
• les zones de préhension.

26
Anthropométrie dynamique

• Lanthropométrie dynamique permet
• la représentation des zones dévolution et de
  manœuvre des opérateurs.
• la détermination de lemplacement privilégié des
  commandes, des informations à saisir et des
  signaux dalerte.
• létablissement des dimensions minimales de
  passage et zones de travail.

27
Anthropométrie dynamique

• Méthodologie
• Construction graphique dune aire dévolution
  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 dune 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 lon
  na pas la possibilité den changer

29
(No Transcript)
30
(No Transcript)
31
(No Transcript)
32
(No Transcript)
33
Zones datteinte 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.

34
(No Transcript)
35
Zones datteintes 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 datteinte dun plan de travail
37
Zones datteinte et de passage

• Zones datteinte
• privilégier les petits (5 ) notion
  datteignabilité
• Regrouper les dispositifs dalarme et
  dintervention urgente dans les zones datteinte
  commune des deux mains
• Passage, stature corporelle
• privilégier les grands (95) notion
  daccessibilité
• le poste est conçu pour le plus grand et adapté
  pour le plus petit.

38
Zones de passage
39
(No Transcript)
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 lintérieur dun angle de 30 devant
  lopérateur, et accessoires à lintérieur dun
  angle de 60.
• Faire en sorte que lœil 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 lobjet à percevoir et le
  fond.
• Distinction claire des zones normal  et
   alerte .

42
(No Transcript)
43
(No Transcript)
44
(No Transcript)
45
Mesure de la force musculaire

• Facteurs conditionnant lefficacité musculaire
• Position de larticulation
• Vitesse de la contraction (ou du mouvement)
• Durée de la contraction
• Répétitivité du mouvement
• Type deffort (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 leffort maximal.
• Déformation calibrée dun dispositif mécanique
  lors de leffort.
• Pas de possibilité de suivre leffort au cours du
  temps.

48
Mesure de la force musculaire

• Extensométrie
• Basée sur la déformation calibrée dun dispositif
  électrique lors de leffort.
• Lecture par lintermédiaire dun appareil de
  mesure et de visualisation.
• Possibilité de suivre leffort au cours du temps.

49
Mesure de la force musculaire

• Electromyographie de surface
• Mesure indirecte de la force par lactivité
  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
51
Limites des forces recommandées pour
lutilisation des machines

• Selon la norme NF EN 1005-3 (2002) (X35-106-3)
• Sappliquent aux hommes et femmes de la
  population générale dont la posture est optimale
  et les circonstances  idéales .
• Correspondent au 15ème centile de lensemble de
  la population adulte (hommes et femmes en bonne
  santé de 20 à 65 ans).

52
Activité Activité Force (N)
Travail avec la main (une main) Prise pleine main 250
Travail avec le bras (posture assise, un bras) Vers le haut Vers le bas Vers lextérieur Vers lintérieur Poussée - sans support du tronc - avec support du tronc Traction - sans support du tronc - avec support du tronc 50 75 55 75 62 275 55 225
Travail avec tout le corps (posture debout) Poussée Traction 200 145
Travail du pied (posture assise avec support du tronc) Action de la cheville Action de la jambe 250 475
53
Facteurs de correction

• Vitesse dexécution du mouvement
• Temps daction et fréquence du mouvement
• Durée de leffort
• ? La valeur obtenue après correction reste une
  mesure de la force maximale possible deffort.

54
Facteurs de correction

• Il faut tenir compte des facteurs affectant le
  risque utilisation dune pondération
  supplémentaire pour le calcul de lappréciation
  du risque de force
• La posture.
• La précision des mouvements.
• Laccélération potentielle.
• Les vibrations produites par les machines.
• La maîtrise du rythme de travail.
• La gêne engendrée par les EPI.
• Lenvironnement thermique

55
Au total

• 15 de la force maximale
• faible durée de contraction
• se référer aux plus faibles
• Favoriser
• appuis
• moyens mécaniques
• pauses
• alimentation équilibrée et en quantité suffisante

56

• Application des mesures anthropométriques et
  biomécaniques dans la conception des postes de
  travail
• Le Mannequin numérique

57
Mannequin numérique

• Logiciel daide à la conception
• Différents modèles
• Polyvalents (Jack par UGS, Human par Delmia,
  SAMMIE logiciel universitaire)
• Avions / voitures (RAMSIS, Boeing Human Modeling
  System)
• Nécessite
• Plan CAO 3D de la machine
• Évaluateur ergonomique type RULA
• Étude des postures à risque
• Principales postures prises dans la journée

58
Implantation du mannequin dans son environnement
et création des postures

• Fonctionnalités
• Librairie standard de mannequins articulés.
• Création des posture à partir dune librairie de
  postures élémentaires.
• Analyse datteignabilité.
• Analyse du Champs visuel.

59
Personnalisation de mannequin

• Fonctionnalités
• 104 variables anthropométriques
• Annotations de ces variables
• Outils de gestion de librairies anthropométriques
• Création dune base de données opérateurs
  paramétrable par population

60
Examiner la situation articulaire de posture

• Fonctionnalités
• 148 degrés de liberté
• Éditeur de limites articulaires et de limites de
  confort
• Visualisation et optimisation automatique de
  posture
• Analyse des limites articulaires et des efforts
  statiques

61
Programmer puis simuler lensemble des opérations
réalisées par lopérateur

• Fonctionnalités
• Activité de marche,
• Activité de Prise / Dépose,
• Activité de changement de posture.
• Outil de vérification des collisions
• Utilisation doutils ergonomiques
  (anthropométrie, vision, atteintes)

62
Utilisations possibles

• Validation des aspects dimensionnels
• Zones datteintes
• Champ de vision

63
Utilisations possibles

• Validation de postures
• Simulation et évaluation de position statiques
   critiques  probables

64
(No Transcript)
65
Conclusion

• But final des études anthropométriques et
  biomécaniques
• Réduire lincidence des mauvaises postures de
  travail et leurs conséquences sur lindividu
  (fatigue, inconfort, pénibilité)
• Améliorer lefficacité du geste professionnel

66
Bibliographie

• Ergonomie des postes et lieux de travail, 2
  tomes, AFNOR 2003
• Précis de physiologie du travail, notions
  dergonomie. J.Scherrer, Masson ed.1981
• Enquête anthropométrique sur les conducteurs
  français. R.Rebiffé et coll. Renault / Peugeot
  1982
• Fiche pratique de sécurité ED 79 INRS 2004
• H.J. SMOLIK et coll. , Anthropométrie, Polycopié
  du D.U. dErgonomie, Université de Bourgogne
  Franche-Comté Dijon 2005
• Laboratoire dIngénierie de Conception des
  Systèmes Sûrs (INRS Neuves-Maisons)
• Délégation régionale de lAFNOR (consultation des
  documents sur place) (Blvd Albert Ier, Nancy)
• Sites internet
• www.cnam.fr
• www.afnor.fr