Evaluation des performances de l interaction Homme-Exosquelette-Tâche

(1)

HAL Id: hal-03248371

https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03248371

Submitted on 3 Jun 2021

HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

Homme-Exosquelette-Tâche

Fabien Clanché

To cite this version:

Fabien Clanché. Evaluation des performances de l’interaction Homme-Exosquelette-Tâche. [Rapport de recherche] UR Devah. 2019. �hal-03248371�

(2)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 1 sur 119

Prestation d’étude et d’expérimentation d’un exosquelette dédié à l’activité d’assemblage des

colonnes et des crémaillères de direction Rapport d’Expertise

Evaluation des performances de l’interaction Homme-Exosquelette-Tâche

Numéro de projet TKPF : P02686

Chef de projet : Fabien Clanché, Ingénieur de Recherche en instrumentation et data science [email protected]

tél : +33 (0)6.52.00.46.35

Karine Duclos, psychologue référent – sport et travail, Maître de Conférences en psychologie [email protected]

Guillaume Mornieux, Maître de conférences en biomécanique [email protected]

Personeni Gabin, Ingénieur de Recherche [email protected]

Romain Patain, stagiaire en master 2 IAEP [email protected]

Résumé :

Ce document a pour objet de présenter l’étude de qualification du poste de travail ThyssenKrupp M1086, poste de montage des colonnes de direction et plus précisément les expérimentations menées auprès des 6 opérateurs équipés d’un dispositif d’assistance physique de type exosquelette.

Rappel sur le besoin initial :

La mise en œuvre des exosquelettes sur les lignes de montage vise à faciliter les opérations pénibles que sont les ports de charges répétitifs ainsi que les postures à risques pour les personnes soumises à ces contraintes.

(3)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 2 sur 119 Documents de référence :

• Cahier des charges TKPF – CDC_Mesures Objectives V1 du 11/06/18

• Plan du poste de travail - Plan Poste CTRL Final M1086

• Document de validation des exosquelettes - Doc. de Validation EXOSQUELETTE

• Accord AFNOR Z68-800 de mars 2017

• Classification des maladies professionnelles Documents en annexe :

• Plan de prévention des risques validé conjointement par l’Université de Lorraine et TKPF

• Document d’information destiné aux volontaires TKPF

• Formulaire de consentement destiné aux volontaires TKPF

• Plan d’expériences (DOE) validé par le CSSCT de ThyssenKrupp

• Questionnaires de la campagne d’expérimentation

• Synthèse des résultats présentée au CSE du 19/12/2019 Historique des révisions :

ID DATE NATURE AUTEUR

V1.0 18/07/2019 Création du document (70 pages) Fabien Clanché V2.0 01/08/2019 Modifications de Guillaume Burgat Guillaume

Burgat

V2.1 26/09/2019 Ajout de la partie psycho Karine Duclos

V2.2 07/10/2019 Ajout de la partie bioméca Guillaume

Mornieux V2.4 18/12/2019 Ajout de la partie synthèse/conclusion des résultats Fabien Clanché

Identité du client :

ThyssenKrupp Presta France S. A. S.

ZI Ste Agathe, 8, rue Lavoisier Boîte postale 70 001 F - 57192 FLORANGE CEDEX

ThyssenKrupp Presta France S. A. S.

Unité de production de Fameck ZI La Feltière – Rue Cardano F - 57290 FAMECK

Contact – technique :

Guillaume Burgat, Chef de projet +33 (0)6.14.25.87.48

Michel Pascual, Technicien Méthodes +33 (0)6.25.14.85.90

Contact – achat : Karine Sager

+33.(0)3.82.82.59.53

(4)

Sommaire

I. Contexte de l’expérimentation ... 5

II. Méthodologie et gestion du projet ... 7

III. Le mockup du poste de travail ... 10

IV. Le plan d’expériences (DOE: Design of Experiments) ... 10

Entretiens semi-directif avec les opérateurs ... 11

1^ère et 5^ème expérimentation PRISECOL / REF et EXO ... 17

2^ème et 6^ème expérimentation PRISEBLIST / REF et EXO ... 18

3^ème et 7^ème expérimentation POSECOL / REF et EXO ... 18

4^ème et 8^ème expérimentation QUEST / REF et EXO ... 19

V. Instruments de mesures ... 21

1. Psychométrie ... 21

2. Fréquence cardiaque – Cardio fréquence mètre ... 21

3. Effort musculaire – Capteurs EMG ... 22

4. La captation des mouvements – Motion Capture ... 22

5. La captation des forces de réaction au sol – plate-forme de force ... 23

VI. Retour d’expérience sur le déroulement des expérimentations ... 24

VII. Processus d’extraction de caractéristiques numériques de type biomarqueur ... 25

1. Biomarqueurs cardiovasculaires ... 26

2. Biomarqueurs du mouvement corporel ... 26

3. Biomarqueurs de l’activité musculaire ... 26

4. Biomarqueurs du contrôle postural ... 28

VIII. Présentation des biomarqueurs et interprétation des résultats ... 29

1. Biomarqueurs sur le plan psychologique et corrélations avec les entretiens semi-directifs .... 29

2. Biomarqueurs cardiovasculaires ... 39

3. Biomarqueurs du mouvement corporel ... 41

4. Biomarqueurs du contrôle postural ... 61

IX. Synthèse des résultats et conclusion ... 64

ANNEXES ... 66

1. Plan de prévention des risques ... 66

1. Document d’information destiné aux volontaires TKPF ... 74

2. Formulaire de consentement destiné aux volontaires de TKPF ... 79

3. Plan d’expériences (DOE) validé par le CSSCT de ThyssenKrupp ... 81

4. Questionnaires de la campagne d’expérimentation ... 101

5. Présentation des résultats lors du CSE du 19-12-2019 ... 108

(5)

(6)

I. Contexte de l’expérimentation

L’expérimentation a été menée sur 3 catégories de morphotypes (ectomorphe, mésomorphe et endomorphe) et 2 genres hommes et femmes afin de valider que le déploiement des exosquelettes soit possible quelle que soit la morphologie de l’opérateur. La taille de l’échantillon de volontaires est de 6 personnes ; les opérateurs ont-été retenus en fonction des prérogatives de ThyssenKrupp (TKPF). L'analyse de l'influence du genre n’est pas considérée dans cette étude.

Sur le site de production TKPF, les postes de montage opérateurs sont classés par couleur ‘Rouge’; ’Jaune’ ou ‘Vert’ selon la pénibilité reconnue à l’aide de l’outil d’évaluation FS-07812-FR. Malgré de nombreux plans d’actions visant à éradiquer les postes Rouges (voire Jaunes), certains postes restent Rouges car les actions à mettre en œuvre pourraient être conséquentes par leur complexité ou leur coût.

Une alternative à ces situations complexes ou coûteuses pourrait être l’assistance au port de charges par un équipement mécanique externe, simple, venant soulager la personne lors des phases pénibles de manutentions. Dans ce cadre, Thyssen Krupp Presta France a démarré un projet pour mettre à la disposition de certaines lignes de production des exosquelettes.

Le développement d’un exosquelette et son utilisation dans un environnement de production nécessite une analyse scientifique des postes de travail réceptionneurs et des impacts sur les opérateurs y étant associés, ainsi qu’une analyse des effets du système d’assistance à la charge du type exosquelette.

Le poste de travail retenu pour cette étude est celui du montage des colonnes de direction classé ‘Rouge’, le poste M1086. Les opérateurs sont impliqués sur 2 tâches motrices, celle du port de la colonne de direction et celle du port du blister pour la mise en conditionnement.

Ces 2 sous-études ont-été effectuées indépendamment l’une de l’autre.

L’ensemble des expérimentations se sont déroulées au centre d’expertise de Métrologie-Modélisation-Simulation en Santé et en Sport (MéMoSim’S) localisé dans les locaux du CHRU Nancy-Brabois de la Faculté des Sciences du Sport de Nancy. Un panel important d’outils de mesure, de dernière génération, permet d’objectiver les conséquences de la réalisation d’une tâche de manutention autant sur le plan physiologique que biomécanique/ergonomique. En outre, des technologies de réalité-virtuelle (CAVE et Head- Mounted-Device) permettent de valider la maquette numérique i.e. i) de mettre en situation des opérateurs sur un poste de travail et ii) d’évaluer du point de vue ergonomique ce dernier.

(7)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 6 sur 119 Fig. 1 : MéMoSim’S – salle CAVE

Fig. 2 : MéMoSim’S – salle MoCap

Le projet est planifié en 2 phases, la phase 1 est terminée et la seconde phase sera redéfinie en fonction des attentes de l’équipe TKPF.

Phase 1 : Un plan d’expériences en condition laboratoire sur le site MéMoSim’S Phase 2 : Un plan d’expériences en condition opérationnelle sur le site de production

(8)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 7 sur 119 Pour la première phase, un travail collaboratif en mode agile a été mené pour d’une part satisfaire aux attentes des collaborateurs TKPF et d’autre part mener l’ensemble des expérimentations dans le respect du cadre législatif. Un travail de sensibilisation aux techniques employées a été fait envers les collaborateurs TKPF.

Un travail de synthèse, de vulgarisation des résultats de l’étude et notamment des préconisations en termes d’ergonomie à la fois sur les dispositifs d’assistance physique mais également sur l’aménagement du poste de travail sera présenté aux collaborateurs TKPF.

II. Méthodologie et gestion du projet

Avant déploiement de tels dispositifs d’assistance pour l’Homme, il convient d’en évaluer les effets secondaires, voire néfastes autant du point de vue :

• performance industrielle (précision et rapidité des gestes)

• psychologique

• dépense énergétique

• effort musculaire

• la posture et des mouvements

La méthodologie proposée repose en grande partie sur l’expertise de l’équipe de recherche du domaine de l’évaluation des aptitudes motrices de l’homme en mouvement.

L’équipe de recherche est composée de scientifiques en psychologie, en biomécanique, en modélisation/data science, en instrumentation, en neurosciences et en physiologie.

Le plan d’expériences a été défini et affiné avec les managers de ThyssenKrupp afin de s’assurer que les livrables soient en phase avec les besoins spécifiques de la production.

Ce dernier a été validé lors de présentations effectuées par Messieurs Fabien Clanché et Guillaume Burgat, auprès du CSSCT, le 11 avril 2019 et auprès du CSE, le 24 avril 2019.

Cette prestation d’étude et d’expérimentation a été mené à l’aide de 7 workpackages en interaction :

PH1.WP1 : Accompagnement dans la définition du besoin et bilan des observations sur site TKPF.

Une visite de l’entreprise et plus spécifiquement de la chaîne de production sera envisagée.

Une phase d’observation des opérateurs sur leur poste de travail permettra de i) comprendre la représentation mentale du 9travail (prise d’informations et raisonnement/stratégies mis- en-œuvre par l’opérateur) et ii) d’évaluer qualitativement les actions motrices réalisées en se référant aux outils d’évaluation des facteurs de risques biomécaniques.

PH1.WP2 : Rédaction du cahier des charges et du plan d’expériences.

PH1.WP3 : Accompagnement pour le recrutement des sujets pour les mesures en laboratoire.

Il s’agit d’évaluer le système exosquelette sur 6 opérateurs de chez TKPF (3 hommes et 3 femmes, entre 20 et 35 ans dont les morphotypes seront détaillés ultérieurement.

PH1.WP4 : Validation du protocole de mesures et installation du mockup d’un poste de travail en laboratoire.

(9)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 8 sur 119 Afin d’être au plus proche des réalités terrain, il convient de scénariser un poste de travail et les tâches opérateurs. Cette expérience utilisateur sera au plus près des enjeux neuro/psycho/moteur.

PH1.WP5 : Mesures en laboratoire. Nous estimons la durée du protocole en laboratoire à une demi- journée par volontaire. Ces informations seront affinées en fonction de la conception du plan d’expériences.

PH1.WP6 : Analyse et interprétation des données laboratoire.

PH1.WP7 : Vulgarisation des résultats de l’étude du point de vue psychologique et biomécanique auprès des personnels TKPF et corédaction des prérogatives de conception du système d’assistance à l’homme.

La prestation a débuté en septembre 2018 et s’est terminée en décembre 2019 par une restitution des résultats de l’étude auprès du CSE de Thyssen Krupp Presta France.

Le projet a été planifié et suivi avec l’outil Ms Project.

(10)

(11)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 10 sur 119 En outre, il convient de préciser que la méthode est conforme avec les préconisations de normalisation de l’AFNOR (accord AFNOR Z68-800 de mars 2017) sur les outils et repères méthodologiques pour l'évaluation de l'interaction humain-dispositif.

Un plan de prévention des risques a été établi entre l’Université de Lorraine (Entreprise Utilisatrice) et ThyssenKrupp Presta France S.A.S (Entreprise Extérieure) afin de recenser aussi l’ensemble des risques liées à l’installation du mock-up du poste de travail, aux expérimentations et à la collecte des données.

ThyssenKrupp dispose de ses propres grilles d’évaluation ergonomique d’un poste de travail ; une analyse à priori, sans exosquelette et à postériori, avec exosquelette a été effectuée sur site.

III. Le mockup du poste de travail

L’installation du mockup du poste de montage 1086 a été effectuée dans les locaux du centre d’expertise MéMoSim’S en respectant l’ensemble des côtes du réel poste de travail.

Dans la mesure du possible, l’ensemble des conditions de production ont-été simulées, à savoir l’ambiance et le niveau sonore, le port des EPI (protection auditive, chaussure de sécurité, lunettes, etc.) et la cadence de production.

IV. Le plan d’expériences (DOE: Design of Experiments)

Un pool de 6 volontaires, 3 hommes et 3 femmes se sont prêtés à 8 expérimentations en laboratoire précédées d’un entretien semi-directif réalisé sur le site de production TKPF.

L’ensemble des expérimentations sur l’Homme se déroulées avec bienveillance et une

(12)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 11 sur 119 approche participative des opérateurs, une dynamique d’échange et d’action sur les conditions de travail.

La phase « laboratoire » en centre d’expertise MéMoSim’S s’est déroulée du 24 mai au 18 juin 2019 auprès des 6 opérateurs. Il y a eu un total de 7 demi-journées d’expérimentation.

L’ensemble des expérimentations ont-été testé et validé le 2 mai avec l’équipe projet

« exosquelette » TKPF ; une validation du déroulé des actions par l’équipe Université s’est tenue le 21 mai.

Le processus de sélection des opérateurs a été mené en intégralité par les collaborateurs TKPF en tenant compte des critères suivants :

• Démarche participative /volonté de faire évoluer le processus de production des méthodes et des outils

• Des opérateurs qui sont des ambassadeurs des politiques de promotion de la santé au travail

• Du personnel statutaire ThyssenKrupp

• Une représentativité des genres féminin et masculin

• Une représentativité des morphotypes (ectomorphe, mésomorphe et endomorphe) Il faudra considérer que les volontaires étaient des opérateurs travaillant rarement sur la M1086 ; en outre, les volontaires appartiennent à une classe d’âge assez restreinte (moyenne 39 ans et écart type 3,4 ans). Les « 4 » expérimentations suivantes se sont déroulées sans exosquelette (condition de référence) – REF puis avec exosquelette - EXO.

Entretiens semi-directif avec les opérateurs

Protocole méthodologique

Ces entretiens semi-directifs, préliminaires à la campagne d’expérimentations dans le centre MéMoSim’S, se sont déroulés les 14 février et 4 mars sur le site de production TKPF avec les 6 opérateurs présélectionnés par l’équipe projet TKPF.

L’objectif principal fut d’évaluer les représentations et le vécu de l’activité de travail des opérateurs. Il s’agissait aussi d’appréhender leurs représentations de l’utilisation d’un exosquelette afin d’anticiper les leviers et les freins à la mise en place de ce dispositif (ligne pilote 1086, deux postes terminaux).

Lors de ces échanges, nous avons pu également vérifier et valider l’adéquation des participants de l’étude avec la campagne d’expérimentation. Un point de vigilance concerne la cohorte sélectionnée : la majorité des volontaires de l’étude ne sont pas postés sur la ligne 1086 mais sur un autre poste de montage.

En sus, 2 échelles de Borg ont-été utilisé pour l’évaluation subjective de la charge de travail.

(13)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 12 sur 119 Présentation des échelles RPE et CR10 :

• l'échelle RPE (Rating of Perceived Exertion, évaluation subjective de l'effort perçu) allant de 6 à 20 (rien à effort maximal) ; l'échelle montre une relation linéaire avec la Fréquence Cardiaque et la VO2. La relation mathématique est : FC = 10 * RPE

• l'échelle CR10 (Categorial Rating 10) allant de 0 à 11 (l'échelle n'est pas linéaire ; de 0 à 4 (de rien à un peu dur) et de (5 à 11 de dur à maximal) ; cette échelle a été mise au point du fait de l'évolution non linéaire de nombreuses variables physiologiques.

Cette échelle est de nature exponentielle => R = a + c.S (puissance n) (R: perception de l'effort, a : intensité légère subjective de base, c : constante, S : intensité du stimulus imposé et n = 1.6).

L'échelle RPE est adaptée à l'évaluation globale d'une charge physique et de son évolution en fonction de la durée.

L'échelle CR10 est plutôt utilisée pour des perceptions localisées à une partie du corps.

L'intensité d'une force peut être modélisée de la manière suivante : Force=CR10 x 10

Ces 2 échelles sont largement utilisées en milieu professionnel et sont recommandées par l’INRS.

Résultats et observations : clinique ergonomique de l’activité ETAT DES LIEUX

I – Evaluation de la pénibilité, des douleurs et de leur localisation (Echelle)

(14)

lourdeur au niveau des jambes (piétinements), gêne au niveau des genoux.

II – Analyse thématique des entretiens

1 – Pénibilité perçue, posture et cadence : les répercussions - Répercussions physiques conséquentes

« C’est les intercalaires qui sont lourds »

« les rails, on est sensé avoir des pièces qui glissent et ça ne glisse pas… du tout… » « on est toujours en train de galoper ou pietiner, donc euh… c’est difficile (soupire) »

« on a toujours mal au dos, donc c’est… c’est beaucoup le dos, c’est beaucoup les poignets, les coudes, la nuque, les cervicales, parce que tous les postes sont faits de manière à avoir je pense une taille standard, rien n’est fait pour soit rehausser les modules soit les descendre, les très grands sont toujours…

(mime très courbés) très courbés, les petits ont besoin d’aller beaucoup plus chercher en hauteur alors que bon, logiquement on est sensé ne pas … avoir les mains suspendues au-dessus du cœur… »

« on est sensé avoir des petites palettes qui glissent tout le long pour accompagner la pièce et c’est vrai qu’avec le temps, bon ben…au début ça glisse bien , après ça accroche, donc il faut (mime tirer fortement) après on sait que là ça bloque, donc on pousse, pousse, pousse, mais après c’est une fois, deux fois, en plus avec des rythmes de travail qui sont quand même… »

« c’est assez épuisant, avec beaucoup de douleurs, au niveau du dos…des épaules, des bras… après aussi au niveau des cervicales, c’est beaucoup… c’est….après le soir c’est pas évident de dormir, je me réveille souvent avec les bras, les mains endormis…c’est toujours des cachets, c’est fatiguant à la

Cervicales : 5

Epaules, dos : 6/7

Lombaires : 6

Doigts : 7/8

Poignets : 7

(15)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 14 sur 119 longue…c’est épuisant…. On ne vient même pas au travail avec le sourire, avec une envie vraiment réelle… de travailler puisqu’on sait que ça ira pas mieux, on aura toujours mal………… »

« c’est les caisses par exemple qui sont très basses, qui sont pas forcément inclinées donc…les gens vont toujours très loin, très bas, donc à force… ça a l’air de rien, ça fait 500g mais… mais 500g tenus à bout de bras c’est comme tout c’est une bouteille d’eau, ça fait 1K50 mais tenu à bout de bras, au bout d’un moment, au bout d’une minute vous avez tous les muscles qui sont tétanisés donc… ça commence à trembler donc… »

« Les postes sont pas adaptés, il y a les grands, il y a les petits…et pis c’est sur ils peuvent pas mettre les modules adaptés à des grands , à des petits… ils peuvent pas non plus…….. »

« il y a beaucoup de culbutos et… et puis quelqu’un qui va chercher quelque chose dans la caisse à coté, il va toujours prendre appui, sur la même jambe, il va peut être pas s’en rendre compte mais, parce qu’il croit qu’il a fait que deux pas…mais en fait il fera toujours exactement la même chose…et pis hop après il va tourner sur un poste où il devra faire comme ça, comme ça, clac, clac, clac et du coup il va pas se rendre compte mais il va utiliser toujours le même bras plus souvent, il y a des gens qui des fois vont avoir mal à l’épaule, alors du coup ils se tiennent un peu plus comme ça (mime tordu), et au final, oui bah OK t’as peut-être moins mal à l’épaule mais t’auras mal à la hanche ou tu auras mal au genou, parce que t’as essayé de soulager comme tu pouvais… »

- Répercussions psychologiques : fatigue cognitive et émotionnelle, stress, effacement de la vie psychique

« et c’est épuisant parce que…on a pas de répit, il y a pas de soulagement….parce que on tape dedans d’un coté, on tape de l’autre…. Y a rien qui nous soulage…. »

« on a toujours peur, l’usine, est-ce que je vais réussir ? est-ce qu’ils vont me garder ?... mais vraiment le plus difficile c’est les horaires, …. Les horaires décalés, et puis… la pénibilité qu’il y a sur certaines lignes, ou sur juste un module par exemple, ça suffit… puis, ça suffit à faire mal, c’est ça en fait, ça suffit à faire mal….au début on le sent pas trop et puis après c’est le lendemain… mal au dos, mal à l’épaule….

Mal aux coudes, mal aux poignets, …. Et puis à mesure ça devient vraiment……les horaires, d’être tout le temps debout aussi…debout, debout, debout…. »

« quand tu vois tout le monde galoper sur le parking à 6H moins 5, vite, vite, vite, vite….badger à l’heure pour éviter de… »

« je me suis levé à la bourre ce matin, pas de café, rien mangé… je suis arrivé au boulot, j’ai pointé à 6H pile, le stress d’arriver en retard en fait, pourquoi ? parce que je tiens à mon boulot… »

« la cadence augmente par rapport à … , le stress aussi….oui, ça on sait de toute façon…. De toute façon on est là pour faire du chiffre, on est là pour faire des pièces, on sait mais c’est vrai que c’est… »

« Bah on nous pousse, ils veulent la production….mais bon quand on a mal partout, quand on est fatigué…quand on est épuisé, on est épuisé, t’as beau de taper dedans , quand t’es épuisé on y arrive plus….on peut plus les sortir…. »

« La cadence fait qu’on fait des gestes automatiques, on n’y pense même plus, on est un robot…. Parfois je fais ma pièce et je ne pense plus à coté, c’est automatique…. Je prends ma pièce je fais tac tac tac et

(16)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 15 sur 119 on ne pense plus….on a dit, ils ont qu’à nous mettrent des Tshirt orange comme ça on fait les robots (rires….) ils vont peut être penser on est comme des robots… »

- Répercussions sur la vie Hors-Travail : rappatriement de la cadence et du rythme au quotidien, douleurs permanentes, envahissement de la vie psychique par l’activité de travail

« je mets n’importe qui au défi,…tous les deux jours je dis tu travailles tous les matins, deux après-midi, une nuit, après tu vas trois à la maison, après tu reviens tu fais deux aprèms, deux nuits, hop t’as un jour de repos, tu fais trois nuits, deux matins, forcément… on ne pense qu’à ça… on ne sort jamis du travail…

y a pas de vie quoi…»

« tu reviens des vacances tu es crevé… non mais vraiment…t’as dormi tu t’es levé… tu t’es décyclé, mais tu t’es décyclé…par plaisir là c’est différent que par rapport au travail… j’aime mon travail mais là je vois que … »

« Oui, c’est ça… du coup je prends des médoc pour à peu près bien dormir….les douleurs elles sont là….elles partent pas…. Rien que s’habiller…. Il y a des pics…. Il y a que quand on est en congé, après la quinzaine les douleurs elles comment un peu à diminuer…. Et pis au final une fois que c’est bien… et bah c’est bon on reprend le travail…. (rires)…… »

« Même quand je rentre chez moi je reste dans la cadence… tout, tout faire vite… hop, hop, hop… tout, tout… ça ne s’arrête pas à la sortie… »

2 – Le « mal travailler »

- Le « mal travailler » : adopter des postures dangereuses de façon répétitive pour respecter la cadence (en dépit de la conscience de se faire mal)

« on a appris à mal travailler aussi, il faut être honnête hein… après on sait que là ça bloque, donc on pousse, pousse, pousse, mais après c’est une fois, deux fois, en plus avec des rythmes de travail qui sont quand même….assez compliqués »

« Mais on le fait pas, c’est comme 90% des gens, ils savent mais ils font pas, parce qu’ils ont pris de sales habitudes… »

« Parce que après… on est obligé par rapport à la cadence déjà de …. On a un temps de cycle qui nous est imposé… donc forcément quand vous loupez quelque chose vous avez tendance à vouloir rattrapper le temps perdu… donc… comme on dit porter une caisse, on est sensé plier les genoux, avoir le dos (mime) voilà,… on a pas le temps d’y penser… »

- Le « mal travailler » : adopter des postures dangereuses de façon répétitive, travailler sur la douleur pour respecter la cadence et ne pas pénaliser son équipe

« à la longue, les gens ils sont cassés, il y a pas une seule personne qui dira qu’elle a mal nulle part….

pas ici…. mais, elle ose pas dire….. même moi…. On me dit « on dirait pas que t’as mal »… parce que

(17)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 16 sur 119 j’envoie les pièces, j’envoie parce que c’est mon travail… après je passe au-dessus de la douleur….j’essaie de passer au dessus et j’y pense pas….ça passe, j’envoie…parce que autrement je me mets en arrêt…si je ralentis la ligne je pénalise mon équipe….pour moi c’est comme ça… »

3 – La cohésion au sein des équipes : un facteur de protection

« moi je fais toujours attention aux autres, si une a besoin d’un coup de main il y a toujours quelqu’un… »

« je préfère me faire mal à moi plutôt que de voir ma collègue souffrir »

« ouais, heureusement on s’entend bien, il y a de l’entraide… »

4 – La mise en place d’exosquelette : entre bénéfice pour la santé et bénéfice pour la productivité.

Des éléments à prendre en compte pour la communication et la conduite de changement

- Améliorer les conditions de travail, facteur de protection de la santé : « être aidé par des robots c’est l’avenir… »

« les exosquelettes il faut, il faut,… ça peut être bien, rien que pour les gens qui veulent travailler …il faut qu’ils puissent travailler dans des conditions…. Au minimum…………correctes…. »

« les exosquelettes ça peut nous soulager… on aura l’air bizarre…. façon Robocop…. Mais on aura moins mal…. »

« Après j’ai jamais essayé, je pense pas vraiment….le ressenti euh… je sais pas quel effet ça pourrait me faire…mais je pense que ça peut nous soulager…ça peut aider…. »

- Perfectionner les conditions de travail pour augmenter la rentabilité et la productivité :

« ils vont vraiment faire de nous des robots ».

« …..je pense qu’ils vont être très négatifs(les opérateurs) parce que les gens sont toujours négatifs, dès qu’il y a un changement faut… ça va être ça, « oh c’est encore un truc lourd… un truc pour faire qu’on travaillle encore plus… » »

« en fait ils veulent nous soulager pour qu’on travaille encore plus, encore plus… »

(18)

« tu veux dire que c’est un robot qui va nous remplacer ?....c’est un robot qui va faire mon boulot, ça veut dire que… »

« c’est pour que ça soit plus rentable, qu’on soit moins malade et qu’on perde moins d’argent… »

« Après je pense que…il y en a ils vont dire c’est bien…après il y en a d’autres ils vont dire « on est pas des robots… » après chaque personne réagit différemment…. Mais je pense qu’il y en a beaucoup qui serait soulagé je pense…si on peut rentrer chez nous et être plus en forme c’est bien »

1

^ère

et 5

^ème

expérimentation PRISECOL / REF et EXO

La tâche de manutention du volontaire consiste à prendre une colonne de direction sur le convoyeur, effectuer un contrôle visuel du produit, se déplacer jusqu’à la caisse colonne et déposer le produit dans le blister. Au total, il y a 3 conditions de hauteur pour la dépose du produit dans le blister (h-bas, h-intermédiaire et h-haut) et un total de 8 emplacements de colonnes de direction par niveau de hauteur ; soit au total 24 conditions différentes de manipulations. Le poids d’une colonne de direction est de 4.2 kg.

La cadence de production a été simulée à 1 produit toutes les 16 secondes.

Les observables analysées sont :

• La cinématique du mouvement des membres supérieurs des volontaires

(19)

• L’activité électromyographique

• L’activité cardiaque

• La vidéo

Les 3 phases de manutention (la prise, le déplacement et la dépose) ont-été segmentées pour les besoins d’analyse et d’interprétation.

2

^ème

et 6

^ème

expérimentation PRISEBLIST / REF et EXO

La tâche de manutention du volontaire consiste à prendre un blister dans la caisse colonne puis de la déposer dans la caisse colonne. Cette action, réalisée en binôme, nécessite une parfaite synchronisation de la gestuelle avec l’expérimentateur TKPF ou Université. La prise de mesures concerne uniquement le volontaire.

Au total, il y a 3 conditions de hauteur (h-bas, h-intermédiaire et h-haut) et 6 répétitions de la manipulation. La cadence de production a été simulée à 1 produit toutes les 10 secondes ; 3 minutes de « pause » entre chaque condition. Le poids du blister est de 8 kg.

• La cinématique du mouvement des membres supérieurs des volontaires

• L’activité cardiaque

• La vidéo

3

^ème

et 7

^ème

expérimentation POSECOL / REF et EXO

La tâche de manutention du volontaire consiste uniquement à déposer une colonne de direction dans l’emplacement n°4 (en partant de la gauche) du blister à la hauteur

(20)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 19 sur 119 intermédiaire. Il s’agit de réaliser par cette expérimentation une évaluation posturale.

L’expérimentateur Université ou TKPF se charge de poser le produit dans les bras du volontaire toutes les 8 secondes. Le volontaire est dans une position « pieds statiques » sur une plate- forme de forces.

Au total, il y a 1 seule condition de manipulation et 8 répétitions par le volontaire.

• Mesures des forces de réaction au sol et des moments dans les 3 dimensions

• Mesure du centre de pression

4

^ème

et 8

^ème

expérimentation QUEST / REF et EXO

Cette 4^ème et 8^ème expérimentation concerne le recueil de l’évaluation subjective de la charge de travail par le volontaire TKPF. Les échanges entre la psychologue et le volontaire se sont déroulés à huis clos pendant une quinzaine de minutes par expérimentation. Les échelles RPE et CR10, précédemment décrites, ont-été utilisées.

Le volontaire a également répondu à un questionnaire portant sur l’analyse de la situation de travail (pénibilité de la posture, espace de travail, précision des gestes requis, niveau attentionnel requis) ainsi que pour la 8^ème expérimentation, un questionnaire sur l’effet de l’exosquelette et les zones d’inconfort (en annexes du Rapport d’Expertise). Une phase d’entretiens complémentaire qui suscite une verbalisation du travail effectué par l’opérateur a permi de se rendre compte des difficultés motrices rencontrées des conditions de travail et aussi de prendre en compte l’effet du contexte laboratoire.

(21)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 20 sur 119 Les objectifs de ces outils sont multiples :

• pouvoir valider les mesures objectives réalisées lors des expérimentations, notamment électromyographique et cardiaque.

• permet de mettre en exergue des informations physiologiques/psychologiques que d’autres métrologies ne montrent pas.

• permet une expression quantifiée de l’avis des opérateurs sur une contrainte et invite à étendre le recueil de l’avis des salariés sur différents aspects de leur activité professionnelle.

L’enjeu principal de ces expérimentations est également d’émettre des recommandations sur la stratégie de conduite de changement à adopter dans le cas d’un déploiement des outils d’assistance à la charge physique.

(22)

V. Instruments de mesures

L’ensemble des instruments de mesure sont conformes aux directives européennes, soit la certification CE. Les signaux physiologiques, cinématiques et de forces ont été synchronisés à l’aide de « top synchro » permettant un recalage temporel post-traitement sur le logiciel Matlab.

1. Psychométrie

Cette approche s’est articulée autour de 2 outils les questionnaires et les entretiens.

Le recours à l’utilisation de questionnaires validées scientifiquement a permis d’objectiver le ressenti de l’opérateur.

Par exemple, l’échelle de Borg ou la mesure de perception de l'effort (MPE) est une mesure quantitative de la perception de l'effort durant un exercice physique.

L’analyse psychologique a permis également de qualifier l’acceptabilité des opérateurs vis-à- vis de ces nouveaux systèmes de production.

Ces mesures ont été réalisées lors des expérimentations n°4 et 8 et pour la validation de la sélection des opérateurs.

2. Fréquence cardiaque – Cardio fréquence mètre

La mesure de la fréquence cardiaque a été réalisée par l’intermédiaire d’un bandeau thoracique et d’une montre cardio fréquence mètre Garmin, modèle Garmin Forerunner 35 de type « Grand public ».

Ce capteur sans-fil est constitué de 2 électrodes situées sur la peau qui enregistrent les variations de potentiels électriques permettant ainsi de déterminer le nombre de battements cardiaques par minute. Cette mesure a été réalisée pour les expérimentations n°1, 2, 5 et 6.

Bandeau thoracique

(23)

3. Effort musculaire – Capteurs EMG

La mesure électromyographique (EMG) permet d’enregistrer l’activité électrique spontanée d’un muscle. L’analyse de l’électromyogramme permet de comprendre les nouvelles stratégies musculaires sollicitées lors de l’utilisation d’un dispositif d’assistance physique.

Nous disposons d’un système instrumental 16 capteurs sans-fil EMG et 1 centrale d'acquisition Trigno de Delsys®: ces capteurs EMG de surface sont non-invasifs.

Au total, 14 capteurs ont-été positionnés, selon les recommandations SENIAM, à l’aide d’adhésifs double-face sur la peau des volontaires. Un capteur supplémentaire a été utilisé pour la synchronisation des signaux.

Les muscles observés membres supérieurs : deltoïde antérieur, biceps brachial, triceps brachial et érecteurs spinaux.

Les muscles observés membres inférieurs : tibial antérieur, soléaire et gastrocnémien médial.

Cette mesure a été réalisée pour les expérimentations n°1, 2, 3, 5, 6 et 7.

Une analyse membres supérieurs et également membres inférieurs a permis d’expliquer les conséquences sur les coordinations motrices avec assistance physique.

4. La captation des mouvements – Motion Capture

Le recours au système de Motion Capture intégrant 8 caméras infrarouge (OptiTrack) du centre d’expertise MéMoSim’S et les équipements corporels RigidBody ART sur les volontaires ont permis l’enregistrement des mouvements des membres supérieurs.

Au total 8 RigidBody, constitués d’un groupe de 4 marqueurs, sont placés sur les segments corporels des membres supérieurs côté gauche et droit (main, avant-bras, bras, dos supérieur et hanche).

(24)

La position initiale en T (T-pose photo de droite), faite avant les expérimentations, est indispensable au calcul des rotations et donc de l’expression des angles de flexion/extension, adduction/abduction et pronation/supination des articulations des membres supérieurs.

Les données recueillies brutes exprimées dans le repère absolu de la salle sont de type position (x, y et z) et les rotations (x, y et z) sous forme de quaternions. Cette mesure a été réalisée pour les expérimentations n°1, 2, 5 et 6.

5. La captation des forces de réaction au sol – plate-forme de force

La plate-forme de force permet d’enregistrer les forces de réaction au sol et ainsi de qualifier le contrôle postural des volontaires lors de la dépose de la colonne de direction dans un des emplacements du blister. Plus précisément, plusieurs indicateurs sont construits pour comparer la condition sans exosquelette vs. avec exosquelette.

Il y a une limitation concernant le déplacement du volontaire sur la plate-forme de force, ce n’est pas possible car les dimensions sont réduites 60 cm x 60 cm. Le modèle utilisé est AMTI AccuGait Optimized basé sur 4 jauges de contraintes.

Les composantes des forces de réaction au sol Fx, Fy et Fz, ainsi que les moments des forces des forces Mx, My et Mz (rotations autours des axes x, y et z) sont enregistrés et permettent de calculer le centre de pression et sa trajectoire en 2 dimensions.

(25)

VI. Retour d’expérience sur le déroulement des expérimentations

Une phase de préparation a été réalisée dans un vestiaire situé à proximité de la salle de mesure. Durant cette phase, après que le volontaire se soit changé, le bandeau thoracique mesurant la fréquence cardiaque a été placé juste en-dessous de la poitrine puis les positions des différents muscles mesurés ont été identifiées grâce à une palpation de la peau. Ces zones ont été rasées puis légèrement abrasées afin d’obtenir un signal EMG le plus précis possible car les poils ou toute substance (crème hydratante, transpiration, etc.…) sur la peau peut gêner la transmission du signal à travers les électrodes. Un problème a d’ailleurs été rencontré pour l’exploitation du signal EMG avec un volontaire de type endomorphe car le tissu adipeux du volontaire était d’un volume plus important par rapport aux autres volontaires. Cette augmentation du tissu adipeux a causé de la même façon une gêne pour le signal EMG, les données pour ce volontaire étant donc difficilement exploitables.

Une fois la préparation de la peau terminée, les volontaires étaient équipés de RigidBody permettant le suivi des mouvements des membres supérieurs et d’analyser l’évolution des angles articulaires. Cependant comme ces RigidBody sont assez volumineux, leur mise en place sur le volontaire féminin de petite taille a été compliqué à cause du manque de place sur les membres supérieurs et les RigidBody des avant-bras et des mains étaient trop proches.

Cela a causé une mauvaise retranscription des mouvements de pronation et supination de ces deux segments corporels. D’autre part, les volontaires n’étaient pas tous des opérateurs avec une grand expérience de travail sur la chaîne de montage M1086, celle ayant été utilisée pour réaliser les mesures. On retrouve donc à travers les différents essais une variation dans les gestes effectués et dans les techniques utilisées pour prendre la colonne de direction ou pour la poser dans le blister.

Enfin, le principal problème rencontré durant les expérimentations fut le dysfonctionnement de l’exosquelette IP29. Ce prototype a connu des soucis dans la transmission des commandes entre l’action du pouce et de l’index et la tension des câbles afin de soulever une charge plus facilement. Cela a causé soit un fonctionnement aléatoire (commande de la main droite et câble tendu du côté gauche, commandes des deux côtés mais les câbles ne se mettant pas en tension au même moment) ou un blocage des câbles et donc

Plate-forme de force

(26)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 25 sur 119 les bras restant fléchis après la commande. Ces différents problèmes ont été en partie résolus après plusieurs tentatives mais seulement 3 expérimentations sur 7 ont pu être réalisées correctement avec l’exosquelette IP29. De plus, la durée des tâches était relativement courte afin de ne pas retenir les volontaires trop longtemps. Ce temps raccourci d’expérimentation ne permet pas d’établir des statistiques solides sur l’effet de l’exosquelette ou d’une hauteur de travail selon un morphotype, mais cela peut permettre l’identification de pistes et d’hypothèses se concentrant sur des muscles ou certaines amplitudes articulaires qui seraient néfastes sur le travail de manutention ou à l’inverse bénéfiques.

VII. Processus d’extraction de caractéristiques numériques de type biomarqueur

Les instruments de mesures utilisés pour cette étude ont permis de collecter un grand nombre de grandeurs physiques brutes ou dans le meilleur des cas de signaux continus. Leurs exploitations nécessitent la mise en place d’un processus permettant d’extraire les informations utiles permettant de caractériser la situation de travail au regard des volontaires mais également d’avoir des indicateurs, des biomarqueurs sur l’effet de l’assistance physique IP29.

Lors des expérimentations, nous avons généré des marqueurs temporels appelés

« triggers » permettant la synchronisation des signaux physiologiques, cinématiques et de forces. Avant de s’intéresser à l’extraction de biomarqueurs, un recalage temporel post- traitement a été effectué de manière à synchroniser l’ensemble des signaux. Cette étape est requise pour mettre en évidence des mécanismes de corrélations et de causalités (par exemple : l’activité musculaire et la production du mouvement).

L’activité de travail, notamment pour les expérimentations PRISECOL et PRISEBLIST a été décomposé en phase. Pour les expérimentations PRISECOL/REF et PRISECOL/EXO, nous observons 3 phases :

• La prise de la colonne de direction

• Le déplacement et le contrôle visuel

• La dépose de la colonne de direction

Pour les expérimentations PRISEBLIST/REF et PRISEBLIST/EXO, nous observons 2 phases :

• La prise du blister (de la position basse à la position la plus haute)

• La dépose du blister (de la position la plus haute à la position la plus basse)

Afin d’automatiser ce processus de traitement des données, un programme informatique a été écrit en langage Matlab permettant ainsi la manipulation de matrices de données et la création de biomarqueurs permettant une modélisation numérique de l’activité de travail ou dans d’autres termes une cartographie de l’activité des opérateurs.

(27)

1. Biomarqueurs cardiovasculaires

Le cardiofréquencemètre permet la collecte de la fréquence cardiaque FC instantanée, effort fourni par le cœur reflétant aussi le coût cardiaque du volontaire. Après la phase de préparation du volontaire, la FC de repos a été mesurée ; c’est la fréquence cardiaque minimale lorsque le corps est en état de relaxation. Cette FC de repos est variable chez chaque individu et dépend de nombreux facteurs tels que la morphologie, le niveau de stress, le sommeil et la consommation excessive de stimulants.

Afin de faciliter les comparaisons entre les volontaires ou les tâches, nous avons exprimé en pourcentage la FC instantanée en fonction de la FC de repos ou de la condition sans assistance.

2. Biomarqueurs du mouvement corporel

Au total 8 RigidBody sont positionnés sur les segments corporels des membres supérieurs côté gauche et droit (main, avant-bras, bras, dos supérieur et hanche) du volontaire. Il nous est ainsi possible de qualifier certaines variables explicatives d’apparition de troubles musculosquelettiques et de lombalgies. Les variables les plus significatives sont : tronc penché en avant, bras au-dessus des épaules, rotation des épaules, tronc incliné sur le côté et bras étendu vers l’avant.

Les données collectées pour chaque RigidBody sont exprimées en position x, y et z et en quaternions. Les quaternions sont des données de rotation mais exprimées dans 4 dimensions au lieu de 3.

Le programme développé sous Matlab, nous permet d’étudier les variables suivantes :

• Les angles articulaires du dos ; flexion/extension et adduction/abduction

• Les angles articulaires des épaules ; rotation horizontal et rotation vertical

• Les angles articulaires des coudes ; flexion/extension et pronation/supination

• Les angles articulaires des poignées ; flexion/extension et adduction/abduction

L’extraction de biomarqueurs liés au mouvement a été uniquement considérée pour les expérimentations PRISECOL et PRISEBLIST dans les 2 conditions sans/avec assistance. Ces deux expérimentations ont-été, au préalable, décomposée en phase d’activités. Seules les données explicatives de l’apparition de TMS et de lombalgies ont-été étudiées.

3. Biomarqueurs de l’activité musculaire

Les capteurs EMG (électromyographie) décrits dans la section V instruments de mesures enregistre l’activité électrique du muscle, c’est-à-dire une valeur exprimée en volts. Ces données brutes ne sont pas interprétables (courbe bleue sur la figure ci-dessous). Nous avons appliqué plusieurs techniques relevant du domaine du traitement de signal, ie. :

• Filtrer le signal avec un passe-bande du 4^ème ordre 10 - 500 Hz

(28)

• Redresser le signal, on ne garde uniquement les valeurs positives

• Appliquer une fenêtre glissante RMS (Root Mean Square) de 100 ms pour extraire l’enveloppe du signal (courbe verte ci-dessous)

Ce traitement du signal a-été effectué pour les 14 muscles : deltoïde antérieur, biceps brachial, triceps brachial, érecteurs spinaux, gastrocnémien médial (GAS), soléaire (SOL) et tibial antérieur (TA) à gauche (g) et à droite (d).

L’image ci-dessus permet de localiser les 7 muscles mesurés et donc d’expliquer leurs rôles respectifs afin de comprendre l’évolution d’activité neuromusculaire selon les différentes conditions de hauteur.

(29)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 28 sur 119 - Deltoïde antérieur : permet l’élévation du bras devant soi, donc un muscle essentiel pour des tâches visant à soulever et transporter des charges. L’augmentation de son activité pour une hauteur maximale est donc liée au fait que le sujet doit exercer une élévation du bras plus importante jusqu’au niveau des épaules de pouvoir poser la colonne de direction dans le blister.

- Biceps brachial : permet la flexion du coude ou de maintenir cette flexion, ce qui est le cas également dans l’action du transport de charge puisque le sujet ne porte pas la colonne les bras tendus mais en ayant les bras fléchis pour diminuer l’effet du bras de levier. Comme pour le deltoïde, l’activation du biceps augmente pour une hauteur maximale car le fait de soulever une charge à hauteur d’épaule ne repose pas seulement sur l’élévation du bras mais également grâce à cette flexion du coude.

- Triceps : muscle antagoniste du biceps, il permet donc l’extension du coude ou de réguler sa flexion. Cette action est mise en jeu notamment durant la pose de la colonne dans le blister afin de contrôler le mouvement et garder une certaine précision. Mais son activité neuromusculaire ne semble pas évoluer significativement entre les conditions de hauteur.

- Erecteurs spinaux : toujours activés pour maintenir le tronc dans une position verticale et permettent l’extension du tronc par rapport au bassin et donc de se redresser après s’être penché en avant. L’activité du côté gauche augmente pendant la hauteur intermédiaire puisque le sujet doit se pencher davantage pour poser la partie lourde de la colonne de direction à l’opposé du blister puis se redresser, nécessitant une augmentation de l’activité du muscle.

- Tibial antérieur : permet une dorsiflexion du pied par rapport à la jambe, c’est-à-dire redresser la pointe du pied. L’augmentation de son activité moyenne lors d’une tâche à hauteur basse permettrait de garder l’équilibre tout en se penchant vers l’avant pour poser la colonne de direction dans le blister.

Soléaire et gastrocnémien médial : permettent tous les deux la flexion plantaire, action de pousser le pied vers le sol et qui permet de se mettre sur la pointe des pieds par exemple. Le soléaire permet de réguler l’équilibre en étant debout alors que le gastrocnémien médial est plus actif pour des mouvements d’amplitudes plus importantes.

En plus de ces signaux d’intensité musculaire, nous avons calculé pour chacun des muscles les valeurs moyennes d’activation pour chaque sujet et durant chaque phase du mouvement, expérimentations PRISECOL, PRISEBLIST et POSECOL.

4. Biomarqueurs du contrôle postural

Les forces et moments des forces tridimensionnelles acquis par l’intermédiaire de la plate- forme de force ont-été filtrés (filtre passe-bas 4^ème ordre fc = 15 Hz) pour atténuer le bruit des 4 jauges de contraintes. Le contrôle postural est qualifié à l’aide du centre de pression, défini

(30)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 29 sur 119 comme le point d’application sur lequel s’applique la résultante des forces et des moments de réaction au sol. Concrètement, c’est le résultat de l’inertie des forces du corps et des forces de rappel pour le maintien de l’équilibre du système du contrôle postural.

Les coordonnées en 2D du centre de pression 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 ont-été calculé à chaque instant temporel lors des expérimentations POSECOL, avec les formules suivantes :

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

_𝑥𝑥

= −(𝑀𝑀

_𝑌𝑌

+ 𝐹𝐹

_𝑥𝑥

𝑍𝑍

₀

) 𝐹𝐹

_𝑧𝑧

𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶

_𝑦𝑦

= 𝑀𝑀

_𝑋𝑋

− 𝐹𝐹

_𝑌𝑌

𝑍𝑍

₀

𝐹𝐹

_𝑧𝑧

Les coordonnées du 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 selon l’axe x, noté 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶_𝑥𝑥, illustrent le déséquilibre médio-latéral du volontaire. Les coordonnées du 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 selon l’axe y, noté 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶_𝑦𝑦 illustrent le déséquilibre antéro-postérieur du volontaire. Ces coordonnées ont permis de construire le trajet du centre de pression au cours de l’expérimentation, que l’on nomme statokinésigramme, ci-dessous.

Plusieurs biomarqueurs sont construits à partir du statokinésigramme et ont permis de comparer la situation avec exosquelette de la situation de référence :

• Amplitude maximale médio-latérale

• Amplitude maximale antéro-postérieur

VIII. Présentation des biomarqueurs et interprétation des résultats

L’exploration multimodale de l’étape précédente a permis de construire des biomarqueurs que ce soit sur le plan psychologique, physiologique et biomécanique. Ces biomarqueurs sont présentés et discutés dans les 5 sous-rubriques ci-dessous.

1. Biomarqueurs sur le plan psychologique et corrélations avec les entretiens semi-directifs

• Précision et rapidité de la gestuelle

• Mobilité de l’opérateur

• Zones d’inconfort

(31)

• Perception de l’effort

• Localisation des douleurs

• Espace de travail

• Pénibilité de la posture

• Stress

• Acceptabilité de l’assistance

• Efficacité de l’assistance

• Nouvelles sollicitations physiques

• Vécu de l’opérateur

Expérimentation n°4 : phase de questionnaire QUEST/REF (sans exosquelette)

Nous avons choisi de mettre en place cette première phase de questionnaires et entretiens afin de recueillir les sensations et représentations des opérateurs au sujet de la situation

« travail sans exosquelette ».

L’objectif était de pouvoir comparer ces informations recueillies dans la condition

« laboratoire » aux données recueillies lors de la phase préliminaire in situ (sur site).

Afin de se rapprocher au plus de la situation écologique, nous avons choisi de diffuser l’ambiance sonore présente à l’usine. Cette bande son actualisée au laboratoire avait pour but de stimuler la mémoire sensorielle et motrice des volontaires et de les plonger dans l’ambiance familière de leur activité de travail. Lors des passations de questionnaires, nous leur avons également demandé de se projeter dans un temps de 8 heures travail posté.

Les résultats de l’échelle RPE montre une évaluation différente de celle menée lors de la phase préliminaire (pour mémoire les opérateurs avaient donné une note de 17, Très difficile, lors de l’évaluation in situ).

Pour cette phase, l’évaluation se situe à 14, Difficile ; ce qui la place à un niveau inférieur.

(32)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 31 sur 119 Nous pouvons penser que cette différence, quant à leur évaluation, est due aux différences de ressenti lors de cette phase « laboratoire », le temps de repos entre chaque expérimentation est élevé, absence de compteurs pièces/cadence, absence de clignotant rouge en cas de retard, absence d’impératifs explicites de production... L’absence de ces facteurs de stress perçu a nettement contribué à la modification de leur perception de la pénibilité de la tâche. Ils ont tous mis en avant que l’activité en termes de posture et de mouvements fût identique à la situation de travail du poste 1086.

De plus, ils ont tous trouvé que cette situation nouvelle en laboratoire avait un côté ludique et intéressant, minorant nettement par la même occasion un éventuel ressenti de pression ou de stress, impactant la cotation de la pénibilité.

La localisation des efforts et des douleurs réalisée grâce à l’échelle CR10, se rapproche sensiblement de celle réalisée lors de la phase préliminaire.

Les zones douloureuses majeures identifiées sont les cervicales, les épaules, le dos, les lombaires et les poignets. Un accent supplémentaire a été mis, lors de cette condition QUEST/REF, sur la gêne et les douleurs au niveau des pieds et des genoux. Essentiellement en relation avec l’augmentation des piétinements.

(33)

lourdeur au niveau des jambes (piétinements, chaussures de sécurité).

Site TKPP QUEST/REF

Cervicales : 4

Epaules, dos : 6

Lombaires : 6

Pieds : 4

Poignets : 3 Dorsaux : 6

Genoux : 2 QUEST/REF

Cervicales : 4 Epaules : 6

Lombaires : 6

Pieds : 4

Genoux : 2 Cervicales : 5

Epaules, dos : 6/7

Lombaires : 6

Doigts : 7/8 Poignets : 7

(34)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 33 sur 119 Quatre autres biomarqueurs ont été également évalués lors de cette phase :

• Mobilité (facilité de circulation entre les différents équipements dans l’espace de travail)

• Perception de la pénibilité de la posture

• Perception du stress lors des tâches de manutention

• Perception de la précision des gestes

L’évaluation a été réalisée grâce à une échelle en 4 points de 1- adapté (ou jamais) à 4- inadapté (ou toujours) :

Version 1

Version 2

Les évaluations ont été les suivantes :

A la question de la perception de facilité de circulation entre les différents éléments de travail, la réponse a été 2- Acceptable

A la question de la perception de la pénibilité de la posture, la réponse a été de 3- Souvent A la question de la perception de stress lors des tâches de manutention, la réponse a été de 2- Rarement

A la question de la perception de la précision des gestes, la réponse a été de 2- Acceptable

Nous pouvons proposer le résumé suivant :

Expérimentation n°8 : phase de questionnaire QUEST/EXO (condition avec exosquelette)

(35)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 34 sur 119 En raison du manque d’opérationnalité de l’exosquelette sélectionné, il a été remarquablement difficile de procéder à l’expertise de la pertinence de l’utilisation d’un tel dispositif. Notre périmètre d’intervention, et d’expertise, a été nettement réduit pour des raisons qui tiennent plus au secteur « conception de produit ».

Cependant, une évaluation a pu être à minima réalisée auprès de trois volontaires (dans des conditions non optimales de fonctionnement). Considérant le nombre limité de sujets, la valeur éclairante de ces données reste relative. Elles peuvent néanmoins nous fournir une piste initiale de réflexion sur l’intérêt du recours d’un exosquelette sur une ligne de montage type 1086.

Les volontaires concernés sont V04, V05 et V06 (deux femmes et un homme). Les trois morphotypes ne sont pas représentés.

Globalement, les résultats recueillis lors de cette phase montrent à la fois une diminution de la perception de la pénibilité et de l’effort, ainsi qu’une diminution de la douleur perçue au niveau des membres supérieurs. Par contre, les volontaires font part d’une augmentation de la douleur au niveau des membres inférieurs. De même, il faut mettre en perspective la diminution apparente de la pénibilité avec une dégradation de la précision et rapidité de la gestuelle, de la mobilité de l’opérateur et une augmentation du stress perçu.

Les résultats de l’échelle RPE lors de cette phase QUEST/EXO mettent en avant une cotation entre 11 et 12, c’est-à-dire une perception de l’effort qui varie entre « léger » et « un peu difficile », contre une évaluation de 14 « difficile », lors de la phase QUEST/REF.

Les données recueillies grâce au CR10 diffèrent nettement entre la phase QUEST/REF et la phase QUEST/EXO.

(36)

Douleur majeure au niveau des pieds (piétinements, instabilité de l’exosquelette, chaussures de sécurité).

QUEST/REF QUEST/EXO

Nous observons une diminution claire de certaines douleurs : cervicales et épaules.

Diminution qui va jusqu’à la disparition complète de certaines localisations : dos et poignets.

Lombaires : 5

Pieds : 8 Genoux : 2

QUEST/EXO

Cervicales : 4

Epaules, dos : 6

Lombaires : 6

Pieds : 4

Genoux : 2

Lombaires : 5

Pieds : 8 Genoux : 2

(37)

Rapport d’Expertise projet Exosquelette Page 36 sur 119 L’assistance ressentie contribue à soulager le port de charge au niveau des membres supérieurs, tout en impulsant un effet soutien de la posture.

Les douleurs ressenties au niveau des lombaires et des genoux restent inchangées.

Cependant, la situation avec exosquelette entraîne une forte augmentation des douleurs au niveau des pieds et de la sensation de gêne et de lourdeur au niveau des jambes. Ces ressentis sont étroitement liés aux caractéristiques de l’exosquelette utilisé : les difficultés de réglage avec les harnais, l’instabilité qui en résulte et le poids.

Ce dernier point est évidemment très questionnant pour un temps d’utilisation plus long.

Considérant les marqueurs de mobilité, de pénibilité de la posture, de stress lors des tâches et de précision des gestes, nous obtenons les évaluations suivantes :

Hormis la perception de la pénibilité de la posture (appréhendée également grâce au RPE et au CR-10), les caractéristiques de l’exosquelette impactent négativement les évaluations.

Facilité de circulation (mobilité)

Pénibilité de la

posture Stress lors des

tâches Précision des gestes QUEST/REF Acceptable souvent Rarement Acceptable QUEST/EXO Insuffisant Rarement Souvent Insuffisant

La perception de la mobilité dans cette situation est limitée. Le port de l’exosquelette est jugé inconfortable. L’instabilité ressentie augmente à la fois les piétinements, source d’un accroissement des douleurs dans les membres inférieurs, et le stress perçu en lien avec une majoration du contrôle attentionnel et de la charge cognitive. Le manque de sensibilité des capteurs de déclenchement, ainsi que l’inconfort lié à leur emplacement, ne favorisent pas un confort d’utilisation suffisant. La précision des gestes est jugée insuffisante et entraîne également une augmentation du stress perçu, du contrôle attentionnel et de la charge cognitive.

Afin d’accompagner la réflexion sur le sujet, nous vous proposons les tableaux récapitulatifs suivants :

(38)

Points positifs Points négatifs

• Moins de tension dans les bras

• Meilleure posture car meilleur maintien du dos

• Trop lourd (le poids se répercute directement sur les pieds)

• L’instabilité de l’exosquelette augmente les piétinements (difficultés d’effectuer des réglages adaptés à la morphologie de l’opérateur)

• L’augmentation de l’instabilité majore le contrôle attentionnel sur l’activité de travail et de ce fait augmente la charge cognitive et le stress perçu

• Le manque de précision des capteurs de déclenchement majore le contrôle attentionnel sur l’activité de travail et de ce fait augmente la charge cognitive et le stress perçu

• Inconfort majeur (course des câbles trop courte, barres qui tapent au niveau de la tête, manque de mobilité, gêne pour aller chercher loin les pièces et pour la dépose, problème des capteurs localisés au bout des doigts qui manquent de sensibilité et qui sont difficiles à déclencher, effet sac à dos désagréable, effet «culbuto » à la dépose …)

EVALUATION UTILISATION DE L’EXOSQUELETTE

Zones d’assistance perçue

(39)

• Moins de tension dans les bras

• Maintien du dos

Zones d’inconfort

• Effet sac à dos (inconfort lié aux harnais difficilement réglables en fonction de la taille et de la corpulence…)

• Instabilité qui accentue les piétinements et la douleur au niveau des pieds et des membres inférieurs

• Poids de la bouteille de ravitaillement de l’exosquelette