Les effets des vibrations sur l’organisme humain stade actuel

Les directions de propagation des vibrations dans le corps humain

Les vibrations locales ou régionales se produisent dans les zones de contact du corps avec les pièces en vibration. Le plus souvent en contact avec les sources de vibrations sont les membres (c’est-à-dire les mainset les pieds) et la partie thoracique (les fesses, quand l’homme est placé sur une surface qui vibre) et plus rarement la tête et le dos. La perceptibilité des vibrations transmises à la main ou au bras se fait souvent ressentie dans d’autres parties du corps, la plus souvent à la tête.
L’expression « vibrations locales » suggère le fait que les effets des vibrations sont situés à la proximité du point de contact de la source vibratoire. La durée des effets ne peut pas être déterminée exactement, parce que les vibrations sont transmises de la main au corps et leurs effets se manifestent sous diverses formes [RUN 07].
On connaît le fait que les principales causes de transmission des vibrations à la main sont les outils et les dispositifs de travail dans l’industrie, la construction, l’exploitation minière, là où la main serre et/ou, pousse les outils en vibration.
Dans le cas de transmission des vibrations du système main-bras, les sources de vibrations sont en général, des outils rotatifs ou de percussion, à commande électrique, pneumatique ou hydraulique. De cette catégorie fontpartie: les machines à percer avec percussion, marteaux et burins pneumatiques, plaques vibratoires pour le béton et la terre, pilonneuses mécaniques pour le compactage dela terre etc.
Les vibrations se transmettent au corps humain directement, par le contact avec les outils vibratoirs, tels que, par éxemple les marteaux pneumatiques, ou indirectement, par l’intermédiaire d’autres objets (un exemple étant la transmission des vibrations de la machine-outil par l’intermédiaire de la structure de résistance du bâtiment à l’homme qui n’a pas un contact direct avec les machines-outils qui produisent des vibrations).
L’amplitude et la fréquence des vibrations, ainsi que la durée d’exposition aux vibrations sont les grandeurs physiques faciles à déterminer expérimentalement. Le mode de transmission des vibrations vers le corps humain est par:
a) l’action des vibrations sur une partie particulière du corps, le système main-bras étant le plus exposé (Fig. 1.19) [GUI 06a];

Les affections de l’organisme humain dûes aux vibrations mécaniques

À l’exposition des mains aux vibrations d’amplitudes faibles et de courte durée apparait l’état de déconfort, malaise ou douleur. On constate moins d’affections provoquées par ce phénomène.
Dans le tableau ci-dessous on présente des exemples de maladies qui apparaissent dues à l’exposition des mains aux vibrations [GRI 90].

La transmission des vibrations par le corps humain

La transmission des vibrations dans la position assise se fait par le dos vers le thorax et la tête (Fig. 1.20 a). Il apparaît à la conduite ou à l’utilisation des moyens de transports terrestres, aériens et maritimes, ainsi qu’à l’utilisation des machines agricoles, des outils de construction (pelles, bulldozers) etc. [SR ISO 2631/1], RUN 07]. La transmission des vibrations au corps humain en position debout est faite par les semelles, le mouvement étant transmis aussi au thorax et à la tête (Fig. 1.20 b). Elle apparait à l’entretien des presses, des machines à river, des marteaux de forge etc. ou à la surveillance des moteurs de grandes dimensions(marins, des ventilateurs etc.) [SR ISO 2631/2].

Les vibrations des machines-outils

Le processus de traitement sur les machines-outils est toujours accompagné des vibrations, qui affectent négativement premièrement la précision, sans virgule de dimension et de forme des surfaces générées, la qualité de la surface traitée, la durabilité des outils de coupe. Le niveau des vibrations est un facteur limitant la productivité des machines-outils.
Le traitement des métaux et d’autres matériaux est toujours accompagné de vibrations relatives entre la pièce traitée et l’outil. Ces vibrations peuvent se produire à cause des inhomogénéités du matériau traité, des perturbations dans l’entraînement de la pièce ou de l’outil, la coupe intermittente, des vibrations produites dans d’autres machines et transmises par la fondation ou les vibrations autoexcitées des outils [HAR 02]. Ces vibrations sont transmises à l’opérateur humain par contact direct avec la source de vibrations ou par les supports où se trouvent, à la fois, la source des vibrations et l’opérateur humain.

La lumière structurée

Généralités

Mesurer la forme d’un objet présente un grand intérêt, tant dans l’ingénierie que dans d’autres secteurs d’activités (médecine, arts,biens de consommation, contrôle de qualité, topographie, fabrication etc.). Elle peut être réalisée par une technique de projection de lumière structurée.
La technique de projection de lumière structurée consiste à analyser un réseau de lignes projetées sur la surface d’un objet (plan ou forme plus complexe) avec un angle connu. Elle est produite à l’aide d’un projecteur de réseaux. Les réseaux projetés sont binaires et composés de lignes verticales, horizontales ou croisées.
Les techniques de projection de lumière structurée les plus utilisées sont celles qui consistent à projeter des réseaux avec un code Gray.
Le code Gray est un code binaire particulier utilisé plus généralement dans le domaine électronique [SAN 99].
Pour cette technique on peut parler du travail de Sansoni [SAN 97], [ROD 99].

Le principe d’application de la technique dela lumière structurée

La forme de la lumière la plus souvent utilisée estproduite dans la configuration d’un faisceau des rayons de lumière en forme d’éventa il. L’intersection de ce réseau de rayons de lumière avec un objet forme une ligne lumineuse sur cet objet. En visualisant cette ligne lumineuse sous un angle déterminé, les déformations de cette ligne peuventêtre traduites en variations de hauteur, comme dansla Fig. 2.4 [BOC 05].

Le principe d’utilisation du code Gray

Le montage expérimental est indique à celui de la technique du moiré de projection.
La technique des codes Gray permet la description unique des différentes directions de projection dans un environnement bien connu, en utilisant le code Gray d’une distance. Le nombre de directions de projection peut correspondre au nombre de mots du code. Ainsi, plus ce nombre est grand, plus la gamme des grandeurs est plus large, parce qu’à chaque direction de projection est associée à un mot du code.
Le schéma de principe d’utilisation du code Gray est représenté sur la Fig. 2.6 [BRE 02].

L’interférométrie holographique à double exposition

La technique est similaire à celle utilisée pour réaliser un hologramme simple. On effectue une première exposition avec l’objet dans la position P1puis une seconde exposition sur la même plaque avec l’objet dans la position P2 , sans toucher à rien d’autre. Après on effectue une nouvelle pose permettant l’enregistrement effectué dans la position P 2 . Après le développement on a une plaque contenant la somme des deux hologrammes, incohérents entre eux, parce qu’ils ont été réalisés dans deux moments différents. Lors de leur restitution on peut obtenir une superposition des deux ondes issues de l’objet dans les positions P 1et P2 (Fig. 2.13). Ces deux ondes interfèrent et les franges d’interférence observées expriment les modifications subies par l’objet [SMI 01a].

L’interférométrie holographique par intégration temporelle

Cette méthode est aussi connue sous le nom d’interférométrie holographique «en temps moyen».
Cette méthode est proposée pour l’analyse vibratoire des structures. Elle implique un mouvement continu de l’objet, en général vibratoire, pendant toute la durée de l’enregistrement [PIC 08], [SUR 03]. L’interférométrie holographique par intégration temporelle permet de visualiser non seulement la carte des déplacements de  l’objet en vibration périodique, mais aussi les lignes nodales. C’est une méthode très performante pour l’étude vibratoire des structures industrielles (qui peuvent avoir plus d’un mètre de diamètre). Son principe estsimple (Fig. 2.15.), [BOR 01].

L’holographie numérique

Généralités

L’holographie est une méthode de diagnostique optique qui permet l’enregistrement des informations en 3D d’un objet de manière instantanée. Elle est peu utilisée dans l’industrie pour des raisons pratiques. La méthode présente un intérêt spécial dans la microscopie.
L’enregistrement et le développement de la plaque holographique sont des opérations délicates. L’étape de restitution nécessite un montage de déplacement mécanique de l’hologramme.
Avec l’apparition des nouveaux systèmes numériques performants (caméras digitales performantes, ordinateurs puissants) pour l’enregistrement et la restitution numérique de l’objet étudié, la plaque holographique de l’interférométrie holographiqueest remplacée par une caméra vidéo CCD.

Table des matières

INTRODUCTION 
CHAPITRE 1 LES ELEMENTS DE LA CINÉMATIQUE DES VIBRATIONS
1.1. La classification des mouvements vibratoires
1.2. La vibration harmonique et les grandeurs caractéristiques de la vibration harmonique
1.3. La représentation de la vibration harmonique à l’aide des vecteurs de rotation
1.4. La représentation des vibrations à l’aide des nombres complexes
1.5. La vibration forcée
1.5.1. Les vibrations forcées amorties linéaire produites par une force perturbatrice harmonique
1.5.2. Les vibrations linéaires forcées amorties sous l’action d’un déplacement appliqué au support
1.6. Les directions de propagation des vibrations dans le corps humain
1.6.1. Les affections de l’organisme humain dûes aux vibrations mécaniques
1.6.2. La transmission des vibrations par le corps humain
1.7. La perception des vibrations par le corps humain
1.8. D’autres critères pour évaluer les vibrations
1.8.1. L’intensité des vibrations
1.8.2. Le degré de perception
1.9. Les vibrations des machines-outils
1.9.1. Grandeurs et expressions similaires
1.10. Conclusions
CHAPITRE 2 LA MESURE DES VIBRATIONS MÉCANIQUES PARTECHNIQUES OPTIQUES STADE COURANT
2.1. Notions générales
2.2. L’interférence des ondes
2.3. La triangulation
2.4. La lumière structurée
2.4.1. Généralités
2.4.2. Le principe d’application de la technique dela lumière structurée
2.4.3. Le principe d’utilisation du code Gray
Exemple de mesure des déformations par la méthode de la lumière structurée avec le code Gray
2.5. L’interférométrie holographique
2.5.1. Généralités
2.5.2. L’enregistrement d’un hologramme
2.5.3. La lecture de l’hologramme (restitution de l’onde – objet)
2.5.4. L’interférométrie holographique à double exposition
2.5.5. L’interférométrie holographique par intégration temporelle
2.5.6. L’interférométrie holographique en temps réel
2.5.6.1. L’objet déformé ou déplacé
2.5.6.2. L’objet en état de vibration
2.6. L’holographie numérique
2.6.1. Généralités
2.6.2. Le principe général de l’holographie numérique
2.6.3. Les avantages de l’holographie numérique par rapport à l’holographie classique
2.7. La corrélation d’images numériques
2.7.1. Généralités
2.7.2. Le principe général de la méthode
2.7.3. Les avantages et les inconvénients de la méthode
2.8. La vibrométrie Doppler
2.9. Conclusions
CHAPITRE 3 LES EFFETS DES VIBRATIONS SUR L’ORGANISME HUMAIN STADE ACTUEL
3.1 Notions générales
3.2 Les effets des vibrations sur le corps humain
3.3 Les effets des vibrations transmises au systèmemain-bras
3.4 Les effets des vibrations à action générale, transmises au corps entier (vibrations globales)
3.5 Les effets physiologiques et pathologiques de l’action des vibrations sur l’homme
3.6 Les effets nocifs des actions des vibrations sur l’homme
3.7 La législation
3.7.1 La norme SR ISO 2631-1/2001. Les vibrations et les chocs mécaniques. L’évaluation de l’exposition humaine aux vibrations globales du corps humain
3.7.1.1 La mesure des vibrations
3.7.1.2 L’évaluation des vibrations
3.7.2 La norme SR EN ISO 5349-1/2003. Les vibrations mécaniques. Les mesures et l’évaluation de l’exposition humaine auxvibrations transmises par la main
3.7.2.1 L’emplacement et l’orientation des transducteurs
3.7.3 Guide consultatif de bonnes pratiques de l’Union Européenne visant la Directive 2002/44/CE. Les vibrations main-bras
3.7.3.1 Les graphiques pour le calcul de l’exposition journalière aux vibrations
3.7.4 Le calcul de l’exposition journalière aux vibrations par la main
3.8 Conclusions
CHAPITRE 4 NOTIONS DE BASE CONCERNANT LA MESURE OPTIQUE DES VIBRATIONS
4.1 La méthode Moiré de projection
4.1.1 Généralités
4.1.2 Le principe du phénomène Moiré
4.1.3 Le principe de la méthode Moiré de projection
4.1.4 La mesure du relief d’un objet par projectionde franges avec décalage de phase
4.2 L’interférométrie speckle
4.2.1 Le principe général de la méthode
4.2.2 La mesures des déplacements hors plan
4.2.3 L’interférométrie speckle pour l’analyse des vibrations d’une surface
4.2.4 Les avantages et les inconvénients
4.3 Conclusions
CHAPITRE 5 LA METHODOLOGIE D’EXPERIMENTATION
5.1 Généralités
5.2 Le logiciel „Projet” pour la mesure des vibrations par la méthode Moiré de projection
5.3 L’analyseur de vibrations SVAN 958 et le logiciel pour la mesure des vibrations
5.4 Le dispositif et l’installation de mesure des vibrations de calibrage
5.5 La mesure des vibrations par la méthode Moiré de projection
5.6 La mesure des vibrations avec l’appareil SVAN 958 et l’interprétation des résultats
5.7 L’étalonnage du matériel de la membrane par la méthode optique
5.8 Applications expérimentales de la mesure des vibrations et des déformations par les méthodes optiques étudiées
5.8.1 Application de la mesure des déformations parla méthode de la lumière structurée avec le code Gray
5.8.2 Applications expérimentales par la méthode de l‘interférométrie de Speckles
5.8.3 Applications expérimentales par la méthode de la corrélation
d’images numériques
5.9 Les expériences au lieu de travail
5.9.1 Le montage pour la mesure des vibrations sur le tour SNA 500×1000
5.9.2 Le montage pour la mesure des vibrations sur la machine à percer verticale MAx750
5.1 Conclusions
CHAPITRE 6 LA MESURE DES VIBRATIONS DU SYSTEME MAIN-BRAS
6.1 Les notions générales et les définitions
6.2 L’opérateur humain
6.2.1 La méthode de travail pour les mesures effectuées sur le tour
6.3 La mesure des vibrations sur le tour avec le vibrometre SVAN 958
6.3.1 La mesure des vibrations sur la main pendant le fonctionnement au ralenti et en charge du tour SNA 500×1000 avec le vibrometre SVAN 958
6.3.2 La mesure des vibrations sur l’avant-bras au fonctionnement au ralenti et en charge du tour SNA 500×1000 avec le vibromètre SVAN 958
6.4 La mesure des vibrations sur le tour par la méthode Moiré de projection
6.4.1 La mesure des vibrations sur la main au fonctionnement au ralenti et en charge sur le tour SNA 500×1000 par la méthode Moiré de projection
6.4.2 La mesure des vibrations sur l’avant-bras au fonctionnement au ralenti et en charge pour le tour SNA 500×1000, parla méthode Moiré de projection
6.5 La mesure des vibrations sur la machine à percer verticale avec le vibromètre SVAN 958
6.5.1 La mesure des vibrations sur la main au fonctionnement au ralenti et en charge de la machine à percer verticale MAx750, avec le vibromètre SVAN 958
6.5.2 La mesure des vibrations sur l’avant-bras au fonctionnement au ralenti et en charge de la machine à percer verticale MAx750 avec le vibrometre SVAN 958
6.6 La mesure des vibrations sur la machine à percer verticale par la méthode Moiré de projection
6.6.1 La mesure des vibrations sur la main au fonctionnement au ralenti et en charge de la machine à percer verticale MAx750 par la méthode Moiré de projection
6.6.2 La mesure des vibrations sur l’avant-bras au fonctionnement au ralenti et en charge de la machine à percer verticale MAx750 par la méthode Moiré de projection
6.7 Conclusions
CHAPITRE 7 LA MODÉLISATION MÉCANIQUE DU SYSTÈME HUMAIN MAIN-BRAS
7.1 Notions générales
7.2 Le modèle biomécanique du système humain main-bras avec avec trois degrés de liberté 3-EMB
7.2.1 Le programme 3-EMB correspondant au modelé 3-EMB du système humain main-bras
7.3 Conclusions
CHAPITRE 8 CONCLUSIONS FINALES, CONTRIBUTIONS PERSONNELLES ET DIRECTIONS DE RECHERCHE
8.1 Conclusions finales
8.2 Les contributions personnelles
8.3 La valorisation des résultats des recherches
8.4 Directions futures de recherche