Aides mécaniques – influence du siège

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Propriétés mécaniques des mousses

Les mousses sont caractérisées par de nombreuses propriétés mécaniques qui affectent le support fourni et ressenti (dureté, rigidité). Les liens entre ces caractéristiques et les contraintes ne sont pas directs.
Ebe et Griffin (2001) ont observé que sur des mousses de polyuréthane HR de même dureté (évaluée par indentation, pour une compression de 25%) mais de compositions (et de densité) différentes, la rigidité pour un chargement de 490 N était associée au confort ressenti, une faible rigidité menant à un confort plus important. Lorsque des coussins de même composition mais de dureté différente étaient testés, la sensation de confort n’était plus corrélée linéairement à la rigidité de l’échantillon, mais une rigidité intermédiaire maximisait le confort. Ces observations ont été associées à deux facteurs différents : la sensation de dureté, lorsque celle-ci est importante, qui mène à un inconfort, et la sensation de ‘’bottoming’’. Cette dernière est liée la sensation que la mousse est compressée à son niveau maximal. Ainsi, une mousse moins dure (de densité plus faible pour la même composition) est jugée moins confortable lorsque cette sensation est présente. La pression au niveau des tubérosités ischiatiques s’est révélée associée au confort, augmentant à la fois pour les mousses les plus dures et les mousses les moins dures, reflétant les 2 aspects liés aux propriétés de la mousse.
La mesure de la pression sous les tubérosités ischiatiques semble donc tenir compte de ces 2 facteurs et être un meilleur indicateur de confort que les caractéristiques de la mousse (Ebe et Griffin, 2001). Ces auteurs ont également suggéré que lorsque les propriétés mécaniques de la mousse sont identiques, l’épaisseur, qui reflète la sensation de ‘’bottoming’’, domine l’évaluation du confort. Epaisseur
Ragan et al. (2012) ont reporté les pressions à l’interface maximales pour différentes épaisseurs (de 0 à 16 cm) de coussin en mousse de polyuréthane (open cell) et observé une réduction jusqu’à 50% de la pression à l’interface pour 8 centimètres d’épaisseur. Au-delà, l’influence est presque négligeable et Zacharow (1984) a mis en évidence les inconvénients d’un coussin trop épais (la stabilité posturale est compromise, ce qui mène à un chargement asymétrique, et des pressions élevées).

Cadre théorique Posture assise Siège

Les accoudoirs constituent une surface d’appui supplémentaire, augmentant la stabilité. Leur présence permet de diminuer l’activité musculaire des muscles au niveau du cou, des épaules et des bras (Feng et al., 1997; Schuldt et al., 1986; Weber et al., 1984) et la pression intradiscale (Andersson et Ortengren, 1974; Magnusson et Pope, 1998) (Figure 29).
Figure 29 Effet de l’inclinaison du dossier sur la pression intradiscale (normalisée à 0,51 mPa), avec et sans accoudoirs (Andersson et Ortengren, 1974 dans Harrison et al., 1999) Ils facilitent le changement de position et le passage assis-debout (voir STS), bien qu’ils peuvent présenter un risque de gêne pour la mobilité du tronc, des épaules et des bras et sont donc déconseillés lorsqu’une mobilité importante du haut du corps est requise (Eberhard, 1968 ; Kromer, 1971).
La présence d’accoudoirs influence également le transfert du poids du corps à l’assise et aux pieds. Swearingen et al. (1962) avaient estimé à 12,4% la proportion du poids du corps supportée par les
accoudoirs (dans Harrison et al., 1999). Dans l’étude de Nag et al. (2007), les accoudoirs diminuaient en position redressée jusqu’à 12 % le poids sur le siège (selon leur hauteur) et jusqu’à 18% celui transmis aux pieds (sans influence significative de leur hauteur). Hauteur des accoudoirs
La donnée anthropométrique de référence pour la hauteur de l’accoudoir est la hauteur du coude au repos (‘’Elbow rest height’’). Les standards européens (EN 1335-1) recommandent une gamme minimale allant de 200 à 250 mm au-dessus de la surface de l’assise lorsque leur hauteur est ajustable (CEN, 2000 dans Pheasant et Haslegrave, 2005).
Des accoudoirs trop hauts imposent une élévation des épaules et l’abduction des bras, ce qui implique une activité accrue des muscles du cou et de l’épaule (Matsumoto et Saito, 2004; Zhu et Shin, 2011). Des accoudoirs trop bas résultent en un glissement des fesses vers l’avant ou l’adoption d’une posture penchée vers l’avant pour pourvoir les utilliser (Andersson et Ortengren, 1974) mais sont probablement mieux adaptés à une posture relâchée que les premiers (Pheasant et Haslegrave, 2016). Certains auteurs plaident pour un support des parties charnues uniquement et non osseuses du coude, qui présentent les nerfs à risque, à moins que l’accoudoir soit grandement rembourré (Pheasant et Haslegrave, 2016).
Nag et al. (2008) ont testé l’influence de ce paramètre sur la distribution du poids en mesurant les forces sur le siège et aux pieds. La réduction maximale du poids sur le siège (-12%) a été observée pour la hauteur maximale de l’accoudoir, 68 cm, qui représentait 40% de la taille des sujets (Figure 30). Avec cette hauteur d’accoudoirs, le poids est supporté environ à 60% par l’assise et 33% par les pieds (moyenne pour les différentes hauteurs), ce qui signifierait que les accoudoirs supportent environ 7 % du poids du corps.
Figure 30 Distribution du poids du corps au siège et aux pieds pour différentes hauteurs d’accoudoirs (Nag et al., 2008)
Les pressions moyennes à l’interface avec le siège et le dossier augmentent lorsque les accoudoirs s’éloignent de la hauteur du coude (60 cm vers le bas ou vers le haut) (Matsumoto et Saito, 2004).

CONDITIONS SPECIFIQUES AU TRANSPORT AERIEN

La composante appliquée de cette thèse porte sur le support au développement d’un prototype de siège d’avion destiné aux vols moyen-courriers (entre 1h30 et 5h de vol). Un avion destiné à ces vols comprend généralement entre 120 et 210 places, une allée unique et 5 ou 6 sièges de front.

Le siège d’avion

Caractéristiques principales

Le siège d’avion, comme la plupart des sièges de transport de moyenne à longue durée (bus, train), est composé d’un dossier haut, muni d’un repose-tête.
En 1962, Keegan, dans sa revue de 31 sièges à usages différents, les classe dans la catégorie des sièges ajustables en raison de la possibilité fréquente d’incliner le dossier. Ce mécanisme n’est cependant souvent pas installé pour les vols court-courrier et low-cost. Il diffère également selon le siège, offrant ou non une assise s’inclinant et s’avançant simultanément pour permettre de garder le même angle tronc-cuisses en position inclinée. Un brevet déposé en 2014 par Peter C. Meister et Aravinda Mahabaleshwara (B/E Aerospace, Inc.) décrit même une assise inclinable de façon indépendante du dossier jusqu’à 20° de l’horizontale.
Selon Keegan toujours, le repose-tête devait être ajustable, en raison de la variabilité interindividuelle de la rondeur des épaules. Il recommande également d’assurer la stabilisation latérale de la position de la tête via une courbure dans le plan horizontal ou des supports latéraux au niveau du repose-tête, qu’on retrouve désormais sur la plupart des sièges.
Si le principal défaut de ces sièges était le manque de support lombaire pour cet auteur, celui-ci est désormais présent avec la tendance vers les sièges « slimline » (voir confinement).
En ce qui concerne les critères anthropométriques, la question de la largeur du siège d’avion a mené à de nombreux débats. Robinette, dès le début des années 1980, a réalisé de nombreuses études anthropométriques tridimensionnelles (Robinette et Daanen, 2006), qui ont l’avantage de permettre d’analyser des cas spécifiques d’occupation. Elle a ainsi pu remarquer que, si de nombreuses études étaient basées sur des bornes supérieures de tailles guidées par le percentile 99 ou 95 masculin (excluant certes déjà une partie de la population), celui-ci n’était pas pertinent pour la largeur du siège, les hanches féminines étant plus larges dans son étude. De plus, elle soutient que les épaules sont le niveau le plus large, et que c’est cette mesure qui devrait être considérée pour diminuer la gêne occasionnée également aux passagers adjacents.

Table des matières

Préambule
Introduction générale
Cadre théorique
I. Rappels biomécaniques
1. Référentiel
2. Représentation simplifiée du corps
3. Lois de la mécanique newtonienne
4. Contrôle postural
1. Généralités
2. Posture assise et courbure v
ertébrale : la délordose lombaire
3. Evaluations expérimentales de la charge spinale
4. Conditions spécifiques au transport aérien
III. Le Mouvement volontaire
1. Le mouvement volontaire, perturbation
2. Les ajustements posturaux
IV. Le transfert assis-debout
1. Complexité
2. Description
3. Stratégie
4. Forces de réaction au sol
5. Patron d’actions musculaires
6. Aides mécaniques – influence du siège
Problématique
Expérimentations
I. Matériel et méthodes
1. Siège
2. Electromyographie
3. Capteur de pression
4. Plateforme de forces
5. Centre de pression
6. Protocole
7. Analyse des données
I. Etude 1
1. Introduction
2. Matériel et Méthodes
3. Résultats
4. Discussion
5. Limitations
II. Etude 2
1. Introduction
2. Matériel et méthodes
3. Résultats
4. Discussion
5. Limitations
III. Etude 3
1. Introduction
2. Matériel et méthodes
3. Résultats
4. Discussion
5. Limitations
IV. Etude 4
1. Introduction
2. Matériel et méthodes
3. Résultats
4. Discussion
5. Limitations
Discussion générale
I. Connaissance du STS
II. Adaptation des APA
III. Ergonomie du siège
Bibliographie
Annexes
I. Communications
II. Tableaux
1. Etude 1
2. Etude 2
3. Etude 3
4. Etude 4