Protocole expérimental

L’activité considérée est une tâche répétitive de pointage avec fatigue : le sujet, debout en position stable, pointe alternativement deux cibles placées à la hauteur de son épaule dans le plan médian (cf. figure 5.1). La cible distale (DST) est placée devant le sujet à une distance égale à la longueur du bras tendu. La cible proximale (PRX) est devant le sujet à une distance égale à 30% de la longueur du bras tendu. La consigne est donnée au sujet de pointer alternativement les deux cibles avec l’extrémité de l’index de son bras dominant, tout en maintenant son coude à hauteur d’épaule. Le bras non-dominant reste au repos le long du corps.

Quand le sujet touche la cible PRX, l’angle d’abduction de son bras est de 90°. Un obstacle horizontal de forme elliptique est placé juste en dessous du coude à l’aide d’un support rigide pour contraindre le sujet à maintenir l’angle d’abduction du bras malgré la fatigue . Un capteur de force est placé au dessus de l’obstacle horizontal, permettant la mesure périodique de l’effort isométrique maximal d’abduction. La cible proximale est un fin cylindre vertical pour ne pas gêner la vision du sujet (hauteur 100 mm, diamètre 16 mm). La cible distale est un disque (diamètre 100 mm) pour pouvoir analyser en deux dimensions d’éventuelles écarts de pointage avec la survenue de la fatigue). La cadence est fixée par un métronome à un mouvement par seconde, soit un temps de cycle (un aller-retour) de 2 secondes.

Le recrutement des sujets et la conduite des expérimentations, respectant la réglementa-tion en vigueur, ont été confiés au Laboratoire « Cogniréglementa-tion, Acréglementa-tion et Plasticité Sensorimo-trice » (CAPS) de l’université de Bourgogne (UMR INSERM 1093).

Fig. 5.1 Activité expérimentale de pointage avec fatigue : à gauche, en contact avec la cible proximale (PRX) ; à droite, en contact avec la cible distale (DST)

5.1.1.1 Modalité nominale (NOM )

L’objectif de cette modalité est de fournir des données cinématiques, dynamiques et d’activités musculaires afin de caractériser la VM induite par la fatigue musculaire. En com-plément de ces mesures, l’expérimentateur interroge oralement le sujet dans les 5 dernières secondes de chaque minute sur le niveau d’effort ressenti au niveau de l’épaule droite (échelle de Borg CR-10, cf. section 3.3.4) ; l’expérimentateur consigne immédiatement par écrit la réponse orale du sujet.

Dans cette modalité, la session s’achève si l’un des trois critères suivants est atteint (le sujet n’est pas informé de ces critères) :

- effort perçu : le sujet atteint ou dépasse un score de 8 sur l’échelle de Borg, comme dans les travaux décrits dans la section 2.3.3ou ceux de Cowley et Gates [103] ; - altitude du coude : le sujet touche pour la troisième fois l’obstacle situé sous son

coude. Aux premier et deuxième contacts, l’expérimentateur rappelle oralement la consigne de position du coude au sujet et l’encourage à poursuivre ;

- cadence : le sujet est en retard pour 3 cibles successives (retard supérieur à 20% du temps de cycle). Aux deux premiers retards, l’expérimentateur rappelle oralement la consigne de cadence au sujet et l’encourage à poursuivre.

5.1.1.2 Modalité de calibration (CAL)

L’objectif de cette modalité est de fournir, en plus des données acquises en modalité

Cette modalité s’inspire du protocole expérimental décrit dans [149] et d’autres travaux incluant de brèves interruptions destinées à quantifier la fatigue [165].

5.1.1.3 Modalité de contrôle (CTR)

L’objectif de cette modalité est de vérifier que la réduction des capacités de production de forces mesurées en modalité CAL est essentiellement liée à l’activité de pointage, c’est à dire que les efforts intermittents de MVE n’induisent pas une fatigue significative. Dans cette modalité, le sujet est au repos pendant 56 secondes, le coude posé sur l’obstacle horizontal placé en dessous, puis il exerce un MVE pendant 4 secondes avant de revenir au repos. Le cycle repos/MVE est répété pendant une durée égale à celle observée en modalité CAL.

5.1.1.4 Organisation d’une session de mesures

Une session complète de mesures inclut les 3 modalités décrites précédemment. La pré-paration et le déroulement des mesures nécessitent une demi-journée par sujet, selon le programme suivant :

— préparation du sujet :

— mesures anthropométriques : taille, masse, longueur du bras tendu, hauteurs sol-épaule et sol-bassin, longueur de la jambe,

— préparation de la peau (désinfection, rasage, légère abrasion) et mise en place des électrodes EMG,

— positionnement des 39 marqueurs optiques répartis sur le corps du sujet (cf. an-nexeD),

— mesure des efforts maximum sans fatigue (abduction de l’épaule) ;

— enregistrement statique du sujet en posture de référence (le sujet debout, les deux bras à l’horizontale, tendus vers l’avant) pendant 5 secondes ;

— période de repos de 2 minutes, pendant laquelle l’échelle de Borg CR-10 est expliquée au sujet (cf. tableau3.1 page60) ;

— enregistrement de la première modalité (CAL ou NOM, aléatoirement) ; — période de repos de 1 heure pour une récupération supposée totale ;

— enregistrement de la deuxième modalité (NOM ou CAL, selon la première modalité accomplie) ;

— période de repos de 1 heure pour une récupération supposée totale ; — enregistrement de la modalité CTR.

Enregistrement vidéo : synchronisé avec l’acquisition des données de mouvement et EMG, il est réalisé pour faciliter l’interprétation des mesures (cibles manquées, mou-vements parasites, etc.).

Capteur de force (MVE) : le capteur de force utilisé pour la mesure des MVE d’ab-duction du bras est un modèle Schunk FTS-DELTA 660-60 avec son boîtier condi-tionneur. Ces données sont synchronisées avec la capture de mouvement. Seules les données de force verticale sont exploitées.

Activité musculaire : l’acquisition EMG est effectuée à l’aide d’un système sans fil

Zero Wire (Cometa). Les muscles considérés sont les deltoideus pars anterieor, pars medialis et pars posterior, le biceps brachii caput longum, le triceps brachii caput longum et le trapezius pars descendens, choisis pour leur rôle fonctionnel dans le

mou-vement de pointage (cf. tableau5.1). Le placement et le positionnement des électrodes suivent les recommandations du projet SENIAM [249]. La fréquence d’acquisition des données EMG est de 1 kHz.

Effort perçu : Une estimation subjective de l’effort ressenti au niveau de l’épaule est demandée au sujet à la fin de chaque minute. Les valeurs numériques et les libellés descriptifs de l’échelle Borg CR10 sont affichés sur le support de la cible DST pendant toute l’expérimentation.

Muscle Fonction(s) principale(s)

Deltoideus pars anterieor Flexion de l’épaule Deltoideus pars medialis Abduction de l’épaule

Deltoideus pars posterior Extension de l’épaule, adduction de l’épaule Biceps brachii caput longum Flexion du coude

Triceps brachii caput longum Extension du coude, extension de l’épaule

Trapezius pars descendens Élévation de l’épaule, stabilisation / rotation de la scapula Table 5.1 Muscles enregistrés pendant l’activité répétitive de pointage et leur(s) fonction(s) principale(s).

5.1.2 Sujets

14 sujets ont été convoqués mais seulement 13 sujets ont participé à l’expérimentation¹. Les critères d’exclusion définis pour assurer la cohérence des données enregistrées et de leur interprétation étaient les suivants : les sujets sont tous masculins, droitiers, avec des

Masse 78,6 ± 7,5 kg Indice de masse corporelle (IMC) 24,6 ± 2,5 kg/m²

Table 5.2 Caractéristiques des 13 sujets ayant réalisé le protocole expérimental.

Des données expérimentales ont été enregistrées pour 13 sujets, mais toutes n’ont pas pu être exploitées du fait de difficultés rencontrées pendant l’expérimentation, liées à l’instru-mentation :

— pour les sujets S1 à S3, les données d’effort maximal d’abduction de l’épaule n’ont pas pu être correctement enregistrées (perte de configuration du conditionneur) ; — pour le sujet S13, l’acquisition des données EMG a échoué ;

— pour les sujets S11 à S14, l’acquisition des données de mouvements a été perturbée. Le traitement de ces données (labellisation, compensation des occultations et des nombreuses inversions de marqueurs de l’avant bras, notamment) n’a pas permis une reconstruction fiable de la cinématique articulaire.

Les données de tous les sujets ne sont donc pas disponibles ou exploitables. Selon les analyses considérées, les sujets exploités sont précisés spécifiquement (cf. chapitre5).