III. Méthode
3. Traitement des données
Le traitement appliqué aux données ainsi que la manière dont elles sont réduites sont présentés dans cette section. Les signaux de force sont traités afin d’obtenir les instants de début et les instants de fin des mouvements de lever de charge. Les signaux bruts en sortie du capteur d’effort sont exprimés en volt. Ils sont représentés par la matrice , de dimension (nx6), avec n qui correspond au nombre d’échantillons collectés dans l’essai. La matrice d’étalonnage , de dimension (6x6), donnée par le fournisseur permet de convertir le signal en volts à un signal exprimé en newtons en réalisant la multiplication matricielle suivante :
(17)
Les signaux de forces étalonnés sont filtrés avec un filtre passe-bas de type Butterworth (sans déphasage) d’ordre 4, et une fréquence de coupure de 20 Hz. Dans ce travail de doctorat, les signaux de forces étalonnés sont uniquement utilisés pour déterminer les instants de début et de fin du mouvement de lever. Ainsi, le début d’un essai de lever correspond à l’instant où une force commence à être appliquée sur le capteur d’effort. Et la fin d’un essai de lever correspond à l’instant où il n’y a plus de force appliquée sur le capteur d’effort. Les angles articulaires reconstruits sont calculés à partir des données de positions des marqueurs filtrés avec un Butterworth (sans déphasage) d’ordre 4 avec une fréquence de coupure à 6 Hz (Winter, 1990). Les angles articulaires sont corrigés des sauts de π et 2 π avant d’être exprimés en degrés. À partir de là, la réduction des données cinématiques est différente pour les deux études.
Dans la première étude, à chaque essai de lever (entre l’instant de début et de fin), trois événements sont sélectionnés pour chacun des douze angles articulaires étudiés de la même manière que dans l’étude de Begon et al., (2015). En tout, 36 pics d’angles articulaires sont identifiés à partir des profils cinématiques (Figure 14 et Tableau 6). Le tableau 6 nomme les 36 événements cinématiques sélectionnés pour cette analyse tandis que la figure 14 les situe plutôt au cours d’un cycle normalisé de lever d’une charge de 6 kg pour les trois tâches étudiées. La figure 14 permet également d’observer que selon les angles articulaires, les événements cinématiques sont choisis selon les inflexions de courbe lors des mouvements de lever de la charge. Ainsi, des pics d’angles articulaires maximums et minimums sont
sélectionnés. Des points moyens ont été retenus lorsque l’angle articulaire oscillait peu. Plus bas nous délimitons temporellement chacune des phases du mouvement de lever de charge en hauteur de la même manière que lors de précédents travaux menés au laboratoire S2M (Blache, et al., 2015; Blache et al., 2015; Desmoulins et al., 2014). Il faut savoir que la valeur de chaque évènement cinématique tient compte du découpage temporel du mouvement en trois phases. Il faut également noter que nous analyserons dans ce manuscrit les valeurs absolues de l’élévation thoraco-humérale et de la rotation latérale scapulaire (Figure 14 et Tableau 6). Ce qui est le sens inverse des conventions de rotations décrites plus haut pour ces deux degrés de liberté.
Les trois phases du mouvement étudiées dans l’ordre d’apparition du cycle de lever de charge sont respectivement :
(1) La phase d’arraché ou de saisie de la charge. Elle se rapporte à l’intervalle de 0 - 30 % du cycle complet. Le début de la phase de saisie correspond à l’instant où une force commence à être appliquée sur le capteur d’effort. Le sujet démarre son mouvement avec une position de départ et diminue l’élévation de son bras jusqu’à un pic minimum d’élévation durant lequel la charge est proche de son tronc. Durant cette phase initiale du mouvement, le sujet soulève la caisse de la tablette et produit l’impulsion qui permet d’accélérer la caisse en début de mouvement. Cette phase permet en ramenant la charge vers soi, de sortir la caisse de l’étagère inférieure. La fin de la phase de saisie est fixée arbitrairement à 30 % du cycle normalisé de lever de charge.
(2) La phase de transfert correspond à l’intervalle de 30 à 80 % du cycle complet et fait suite à la phase d’arraché. Le sujet part d’une élévation du bras proche du minimum et termine cette phase avec une élévation du bras proche du maximum. Cette phase intermédiaire aérienne permet le transfert de la charge entre l’étagère de départ et celle d’arrivée. La caisse n’est plus en contact avec aucun support hormis les mains du sujet. Le but de cette phase est de monter la caisse à hauteur de l’étagère de destination. La fin de la phase de transfert est fixée à 80 % du cycle.
(3) La phase de dépôt correspond à l’intervalle de 80 à 100 % du cycle complet. Le participant décélère la charge et la dépose sur la tablette d’arrivée. Lors de cette phase, le sujet va rentrer la caisse au-dessus de l’étagère avant de la déposer à plat à destination sur celle-ci.
La fin de la phase de dépôt correspond à l’instant où il n’y a plus de force appliquée sur le capteur d’effort.
Figure 14: Évolution des angles moyens en degrés des articulations thoraco-pelvienne (TP), sterno- claviculaire (SC), scapulo-thoracique (ST), thoraco-humérale (TH) et du coude (C) au cours d’un cycle
normalisé exprimé en pourcentages du lever d’une charge de 6 kg durant trois tâches, Hanche - Épaule (bleu), Hanche – Yeux (rouge) et Épaule - Yeux (vert). Les valeurs minimales, maximales et moyennes
Tableau 6: Articulation, angle articulaire, critère, phase et abréviation qui se rapportent à chacun des événements sélectionnés pour la première étude des levers de charge.
Articulation Angle articulaire Critère Phase Abréviation Flexion Maximale Arraché TPF1
Flexion laterale Moyenne Arraché TPFl1
Rotation Moyenne Arraché TPR1
Extension Maximale Transfert TPEx2
Flexion laterale Moyenne Transfert TPFl2
Rotation Moyenne Transfert TPR2
Extension Moyenne Dépôt TPEx3
Flexion laterale Moyenne Dépôt TPFl3
Rotation Moyenne Dépôt TPR3
Élevation Minimale Arraché SCEl1
Protraction Maximale Arraché SCRe1
Élevation Maximale Transfert SCEl2
Rétraction Minimale Transfert SCRe2
Élevation Moyenne Dépôt SCEl3
Rétraction Moyenne Dépôt SCRe3
Bascule anterieur Minimale Arraché STBa1
Rotation laterale Minimale Arraché STRl1
Protraction Minimale Arraché STPr1
Bascule anterieur Maximale Transfert STBa2
Rotation laterale Maximale Transfert STRl2
Protraction Maximale Transfert STPr2
Bascule anterieur Moyenne Dépôt STBa3
Rotation laterale Moyenne Dépôt STRl3
Protraction Moyenne Dépôt STPr3
Plan élevation Maximal Arraché THPe1
Élevation Minimale Arraché THEl1
Rotation interne Maximale Arraché THRi1
Plan élevation Minimale Transfert THPe2
Élevation Maximale Transfert THEl2
Rotation interne Minimale Transfert THRi2
Plan élevation Maximal Dépôt THPe3
Élevation Moyenne Dépôt THEl3
Rotation interne Maximale Dépôt THRi3
Extension Maximale Arraché CEx1
Flexion Maximale Transfert CF2
Extension Maximale Dépôt CEx3 C ou de T ho ra co -h um ér al e T ho ra co -p el vi en ne S te rn o- cl av ic ul ai re S ca pu lo -t ho ra ci qu e
Dans la seconde étude, la réduction des données s’effectue tout d’abord en moyennant les positions de quatre marqueurs fixés à la charge. Cette position moyenne au cours du temps est ensuite dérivée deux fois par différence finie pour obtenir l’accélération linéaire de la charge. La composante verticale de l’accélération de la charge est obtenue pour chaque essai de lever. Ainsi, trois variables liées au pic d’accélération verticale maximale de la charge sont retenues. La première variable correspond à l’intensité du pic d’accélération verticale de la charge exprimé en m.s-2. La seconde variable correspond au temps en seconde entre le début
de l’essai et l’occurrence du pic d’accélération. La troisième variable correspond à l’instant du pic d’accélération. Cette dernière variable est retenue afin de pouvoir récupérer une valeur de chaque angle articulaire à cet instant. Ainsi douze valeurs d’angles articulaires sont extraites à l’instant du pic d’accélération de la charge.