Modélisation du comportement vibratoire de la main : influence des forces de poussée/préhension et réponse aux ultravibrations

Etude

En France, plus de deux millions de travailleurs sont exposés quotidiennement à des vibrations mécaniques transmises à la main par des machines vibrantes. Or, une exposition prolongée à ces vibrations peut provoquer des troubles vasculaires, notamment le syndrome de Raynaud d’origine vibratoire. Le risque sur la santé des travailleurs est évalué réglementairement à partir de l’intensité des vibrations et du temps d’exposition, mais un facteur potentiellement important n’est pas pris en compte : la force avec laquelle le salarié serre son outil. Cette étude visait donc à déterminer comment cet effort de préhension modifie la façon dont les vibrations se propagent dans la main, et s’il convient de l’intégrer dans l’estimation du risque vibratoire.
Dans ce but, cette étude a combiné une approche expérimentale et une modélisation numérique. Vingt-sept volontaires ont participé à une campagne de tests pour mesurer l’évolution de la rigidité musculaire en fonction de la force de serrage. Le dispositif expérimental reposait sur l’élastographie ultrasonore, pour identifier les propriétés mécaniques anisotropes des muscles de la main, et sur l’analyse mécanique dynamique, pour l’évaluation des caractéristiques de dissipation de l’énergie vibratoire par les muscles. Parallèlement, un jumeau numérique tridimensionnel de la main a été développé à partir d’images médicales. Ce modèle, anatomiquement très détaillé, reproduit la préhension d’une poignée vibrante et intègre les paramètres mécaniques issus des expérimentations précédentes, afin de simuler les accélérations, contraintes et déformations dans les structures internes de la main.
Les résultats indiquent que la rigidité musculaire augmente d’un facteur 6 à 8 entre un serrage nul et un serrage correspondant à 40 % de la force maximale. La distribution des pressions de contact reste stable quel que soit le serrage, avec une contribution prédominante de l’index et du majeur. Le modèle numérique reproduit fidèlement la force de serrage et la distribution de pression mesurées. Il montre que les contraintes internes augmentent avec le serrage, particulièrement dans l’index, et que les modes de vibration des muscles se déplacent vers des fréquences plus élevées au-delà de 300 Hz. En revanche, pour les fréquences inférieures à 200 Hz, l'effort de serrage n’a qu’une influence mineure sur la transmission des vibrations dans les zones des doigts où se développent les pathologies vasculaires.
Ainsi, ces observations suggèrent qu’il n’est pas nécessaire, dans l’état actuel des connaissances, d’intégrer la force de préhension dans l’évaluation réglementaire du risque vasculaire lié aux vibrations. L’étude ouvre néanmoins des perspectives en conception ergonomique, notamment pour optimiser les géométries de poignées afin de réduire plus efficacement le transfert vibratoire.