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« Revue Technique Luxembourgeoise des Ingénieurs, des Architectes et des Industriels », 2008, 2, 105-111.
Sommeil et vigilance lors du travail à des horaires atypiques Claudine Mélan, Université de Toulouse, France.
Qu’est-ce qui fait que nous sommes fatigués en travaillant tôt le matin, tard le soir ou la nuit. Quelles sont les conséquences du travail à des horaires atypiques sur la vigilance et les performances du salarié et, par voie de conséquence, pour l’entreprise? La réponse à ces questions n’est ni simple, ni immédiate. La fatigue au travail relève en effet de nombreux facteurs, dont certains sont endogènes (neuro-biologiques ; état de santé ; âge) et d’autres exogènes (horaires de travail ; caractéristiques socio-professionnelles ; charge cognitive au travail ; vie au travail/vie hors travail). Cet article est consacré à la description des facteurs endogènes et de leur impact sur notre état de fatigue selon les horaires de travail.
Il convient de préciser, tout d’abord, que les horaires de travail qualifiés d’ « atypiques » ou inhabituels, le sont par opposition aux horaires habituels ou administratifs. Ensuite, il faut rappeler que travailler à des horaires administratifs (entre 8 et 19 heures) ne relève pas d’une simple habitude dans le domaine socio-économique ou d’un consensus social qui permettrait aux différents acteurs de se rencontrer. Les horaires de travail habituels correspondent, en premier lieu, à une adaptation aux conditions de l’environnement.
Notre environnement naturel est fait de rythmes et d’événements cycliques dont l’origine ultime remonte à l’agencement particulier de notre système solaire. Certains événements naturels, comme la température et l’ampleur des précipitationsfluctuent au rythme des saisons ; ils découlent de la révolution annuelle de la terre autour de soleil et de l’inclinaison de l’axe de rotation de la terre sur elle-même (cycles annuels). D’autres phénomènes, comme les marées, dépendent de la révolution mensuelle de la lune autour de la terre (cycles mensuels). D’autres encore, et en particulier l’alternance du jour et de la nuit, sont causés par la rotation de la terre sur elle-même en 24 heures (cycles circadiens).
environ (du latin circa, environ, et dies, jour). L’adaptation la plus spectaculaire de l’organisme à l’alternance jour/nuit correspond à l’adaptation de notre rythme veille/sommeil. En fin de journée, toute une série de conditions sont favorables à l’endormissement, et cela malgré l’éclairage artificiel dans nos villes modernes : inhibition des mécanismes cérébraux responsables de l’éveil et, au contraire, désinhibition de ceux responsables du sommeil, mais également baisse de la température du corps et diminution du taux des hormones du stress qui nous maintiennent réactifs. Les mécanismes cérébraux de l’éveil et du sommeil sont sous le contrôle de deux systèmes de régulation, le système circadien et le système homéostatique.
1. Système circadien et système homéostatique, régulateurs de sommeil et de vigilance
Les variations circadiennes de nos fonctions résultent de l’action de deux systèmes endogènes, dont le rôle respectif à été mis en évidence grâce à des paradigmes expérimentaux spécifiques à la chronobiologie. Tout d’abord, le protocole dit « de libre cours », qui consiste à supprimer de l’environnement tout indicateur relatif à l’heure, et en particulier les variations éclairage/obscurité, bruit/silence engendré par la vie en société, de l’humidité de l’air, mais également les montres, horloges, médias, et cetera. Les conditions de libre cours existent naturellement, notamment dans des grottes souterraines, et elles peuvent être créées expérimentalement en laboratoire, dans une pièce spécialement conçue à cet effet. Les résultats d’études réalisées en l’absence de tout repère temporel indiquent que nos rythmes persistent, mais que leur période s’allonge légèrement : l’oscillation se reproduit toutes les 25 heures environ, et non plus toutes les 24 heures. Ces résultats démontrent alors que nos rythmes sont déterminés par un mécanisme endogène, et que la période spontanée de celui-ci, de 25 heures, est adaptée à la journée de 24 heures par des repères temporels. Ce mécanisme endogène est appelé « système circadien » et les repères temporels, « synchroniseurs ».
Figure 1 : Modèle de régulation de la vigilance par le système circadien (C) et le système homéostatique (S). L’interaction additive entre les deux systèmes (S+C) détermine la vigilance effective (Folkard et al., 1999).
Des modèles mathématiques de ces fonctions (Figure 1) indiquent, que dans des conditions de vie habituelles, l’effet de ces deux fonctions s’additionne pour donner les courbes de variation de vigilance subjective rapportés que les chercheurs observent habituellement. Selon ces modèles, les deux fonctions seraient sous le contrôle respectivement du système circadien (C), décrit ci-dessus, et d’un second système, appelé « homéostatique » (S), qui assurerait le maintien de nos fonctions à l’intérieur d’une marge acceptable, équilibre qualifié «d’homéostasie ».
Cette double influence homéostatique cumulative et circadienne sinusoïdale a été modélisée pour la première fois par Borbély en 1989, pour la survenue du sommeil. L’influence du système homéostatique se traduit par l’accumulation de fatigue avec le nombre d’heures d’éveil, de sorte que la durée et la qualité du sommeil dépendent de manière étroite de la durée de l’éveil précédant le sommeil. Inversement, le niveau de vigilance ou de somnolence le jour dépend du sommeil précédent. Le sommeil ne survient cependant pas avec la même facilité à toute heure du jour et de la nuit. La propension au sommeil dépend d’autres rythmes circadiens, et plus particulièrement de celui de la température corporelle. Ainsi, la propension au sommeil est maximale au moment du minimum thermique - qui se situe en fin de soirée-, et minimale lors du maximum thermique - en fin d’après-midi.
2. La vigilance, ses manifestations et ses variations
« Soyez vigilants ! » Le terme de vigilance est utilisé dans des circonstances différentes de la vie quotidienne, notamment pour inciter des personnes à être prudent, ou à être attentif à la survenue de changements, ou encore à rester éveillé. Les différentes significations attribuées au terme de vigilance dans le langage courant se retrouvent également dans l’acceptation scientifique de cette notion. En effet, la vigilance détermine :
- notre aptitude de perception consciente des informations de l’environnement & au traitement de ces informations ,
- notre capacité de réaction au monde extérieur & de mise en place de comportements adaptés.
La vigilance peut être évaluée grâce à l’enregistrement d’un EEG, ou à l’aide de la passation de tests neuropsychologiques ou d’outils subjectifs. L’EEG permet de déterminer l’évolution des ondes cérébrales au cours du temps ; l’amplitude et la fréquence des ondes cérébrales traduisant un niveau d’éveil plus ou moins important. On peut également déterminer, à l’inverse, les indices EEG de la somnolence, qui ont été très finement décrits dans la littérature (micro-sommeil, ondes alpha…). Si l’EEG est, sans aucun doute, l’outil qui donne des indications les plus précises et objectives de l’état de vigilance/somnolence du sujet, notamment après une privation partielle ou totale de sommeil, le dispositif reste actuellement trop encombrant pour envisager des applications dans des situations de la vie réelle.
Les tests neuropsychologiques utilisés pour évaluer la vigilance correspondent souvent à des tests de temps de réaction simple à une lumière ou un son, ou des tests de temps de réaction multiple à différents stimuli. l’exactitude des réponses des sujets dans ces tests Dès 1937, Kleitman avait montré que la vigilance, mesurée à partir du temps de réaction et de, évoluait parallèlement à la température corporelle au cours des 24 heures.
3. Altérations des rythmes lors de vols transméridiens et du travail en horaires décalés
Sommeil et vigilance peuvent être dégradés dans certaines situations de la vie, et plus particulièrement lors de vols transméridiens et dans des situations de travail posté. Si dans les deux situations des mécanismes similaires sont responsables des dérèglements observés, ces derniers diffèrent fondamentalement par leur durée, et par conséquent, par leurs répercussions potentielles à moyen ou à long terme.
Les vols transméridiens, tel que leur nom l’indique, se caractérisent par la traversée de plusieurs méridiens. Chaque méridien traversé correspond au décalage d’une heure, d’après le système horaire universel de référence, introduit en 1876. L’heure 00:00 correspond au méridien de Greenwich, et le sens de rotation correspond à celui des aiguilles d’une montre où, plus précisément, au déplacement d’est en ouest du soleil dans le ciel. Entre les lieux de départ et d’arrivée, l’heure locale a changé, avec une avance de phase si le vol se fait dans la direction du déplacement du soleil, et à un retard de phase dans le cas contraire. Concrètement, sur le plan social le voyageur devra passer une première journée supérieure à 24 heures (retard de phase, vers l’est) ou inférieure à 24 heures (avance de phase, vers l’ouest). Son horloge interne, réglée sur l’horaire du lieu de départ, est en décalage par rapport aux synchroniseurs externes - le soleil - du lieu d’arrivée. Les différents rythmes, plus ou moins sensibles à un changement des synchroniseurs, vont s’adapter au fil des jours aux nouveaux synchroniseurs. Pendant cette phase d’adaptation, les différents rythmes de l’individu sont en déphasage entre eux, ce qui engendre un malaise passager, appelé jet-lag. Celui-ci se caractérise par une forte somnolence lors du jour local et inversement des réveils nocturnes, perte d’appétit, troubles digestifs, maux de tête, nausées, irritabilité, troubles de l’humeur, et se résorbe lorsque la structure temporelle du voyageur est à nouveau en harmonie.
continu de trois postes sur les 24 heures par exemple, l’opérateur commence par assurer sur deux ou trois jours successifs, le poste du matin, puis celui de l’après-midi et finalement le poste de nuit, avant de bénéficier de plusieurs jours de congé. Les jours travaillés sur les trois postes et les jours de repos constituent ensemble un cycle de travail d’une durée moyenne de dix à douze jours. Ce cycle de travail s’accorde difficilement avec les rythmes endogènes (alternance jour/nuit) des travailleurs ni, d’ailleurs, avec la vie en société, organisée en une semaine de travail alternant avec une fin de semaine de loisirs.
Néanmoins, des travaux réalisés depuis une vingtaine d’années ont montré que lors de rotations rapides des postes tous les deux ou trois jours, les rythmes des opérateurs maintiennent une orientation diurne, tout comme chez les personnes travaillant en horaires administratifs. L’inconvénient majeur de ce système d’horaires correspond à une inadaptation des rythmes du salarié lorsqu’il assure le poste de nuit. En revanche, en cas de travail de nuit permanent, les rythmes biologiques commencent à s’adapter aux synchroniseurs à partir du quatrième jour environ mais, à l’occasion d’un jour de repos, cette adaptation partielle et fragile est en grande partie annulée. La rythmicité étant affectée en permanence dans ce cas, les chercheurs en chronobiologie préconisent le recours à des horaires en rotation rapides tous les deux ou trois jours pour assurer le fonctionnement en continu d’installations industrielles, le transport….
Travailler tôt le matin, tard le soir ou la nuit a néanmoins des conséquences à différents niveaux, et en particulier sur le sommeil, tel que spécifié au paragraphe suivant. Des études en laboratoire ont montré que dans les cas de privation sévère unique de sommeil, ou de privation partielle répétée de sommeil, on observe une baisse de la vigilance et des capacités de concentration et de réflexion, des troubles de la mémoire, un ralentissement des réflexes, une fatigue musculaire, des sautes d’humeur, voire l’apparition d’une agressivité et d’hallucinations.
4. Travail posté, sommeil et vigilance des salariés
durée jugée insuffisante par respectivement 31%, 49% et 78% des salariés. Une analyse plus détaillée révèle une difficulté d’avancer l’heure du coucher avant le poste du matin, et de prévoir un sommeil prolongé avant le poste de nuit en raison d’une participation active à la vie de famille. Il faut rappeler que la propension au sommeil et la qualité du sommeil sont élevées seulement le soir, grâce à la régulation par les mécanismes endogènes de facteurs favorisant le sommeil durant une plage horaire précise (durée d’éveil, baisse de la température du corps, d’activité des hormones du stress…). Cette étude permet alors de mieux comprendre l’origine de la dette chronique de sommeil, qui s’accumule au fil des jours de travail de manière générale, et des jours en horaires postés en particulier.
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Tableau 1 : Caractéristiques du sommeil chez des opérateurs postés, selon qu’ils assurent le poste du matin, de l’après-midi, ou de nuit, comparées aux caractéristiques observées lors d’un poste de jour et les jours de repos. Source www.svs81.org.
Figure 2. Evolution parallèle de la vigilance subjective (en haut ; questionnaire de Thayer) et de la température sub-linguale (en bas) chez des opérateurs de satellite. Les deux mesures ont été évaluées une heure après le début, en milieu et une heure avant la fin de poste, au cours des postes du matin, de l’après-midi et de la nuit (Cariou et al., sous presse).
Cependant, la durée des postes et l’heure de prise de poste du matin modifient la courbe de vigilance des salariés postés. D’une part, la vigilance diurne est globalement inférieure pour des postes de 12 heures par rapport à des postes de 8 heures, et cela même le jour, alors que cet effet a généralement été rapporté en conjugaison avec le travail de nuit. Nous avons ainsi évalué l’indice de vigilance de contrôleurs aériens d’un centre de contrôle en route du sud-est en France, en fonction du nombre d’heures qu’ils étaient en poste. Dans ce centre, le contrôle aérien est organisé 24h/24 en alternant entre six postes, dont la durée varie entre 7 et 11 heures et qui se chevauchent. La figure 3 montre que l’indice de vigilance de Thayer est inférieur lorsque les contrôleurs sont en poste depuis six heures ou plus, plutôt que depuis quatre heures au maximum (Mélan, Galy, Cariou, 2007). D’autre part, lorsque le poste du matin débute à 6 heures du matin plutôt qu’à 7 heures, la vigilance atteint son maximum dès midi plutôt que vers 18 :00 seulement.
1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3 13:00 19:00 In d e x o f S u b je c ti v e A le rt n e s s < 4 hours > 6 hours
5. Travail posté et incidents au travail
Des accidents industriels aux conséquences catastrophiques sur le plan humain et/ou écologique, l’explosion d’un réacteur nucléaire à Three Miles Island et à Chernobyl, ont plus que pointé du doigt les défaillances humaines survenues la nuit, lorsque la vigilance est diminuée. Actuellement, dans les secteurs industriels susceptibles de mettre en danger la population, de nombreuses précautions sont prises pour éviter de nouvelles catastrophes, avec en particulier la signalisation du moindre dérèglement par des indicateurs multiples, permettant une anticipation d’éventuels dysfonctionnements plus sérieux. Un domaine dans lequel fatigue et somnolence entraînent immanquablement des conséquences dramatiques est celui de la circulation routière, avec 40% des accidents liés à un problème de fatigue (Philip & Akerstedt, 2006). Malgré le développement dans le domaine des systèmes embarqués, notamment de systèmes très sophistiqués d’aide à la conduite, la recherche concernant des dispositifs avertissant à l’avance d’une perte de contrôle du véhicule ne sont qu’à leur début.
Dans une série de travaux menés dans le secteur industriel britannique, Folkard et Tucker ont fait le rapprochement entre les variations de la vigilance au cours des 24 heures chez des travailleurs postés et la survenue d’incidents. Ils ont montré que le taux des incidents, qui décrit à la fois les accidents techniques et les blessures des salariés, augmente sensiblement lorsque la vigilance (subjective ou objective évaluée par EEG) est diminuée de moitié par rapport à son maximum. La figure 1 illustre que cette situation se produit entre deux heures et six heures du matin, lorsque la vigilance des travailleurs est à son minimum. Dans une méta-analyse portant sur trois études, ces chercheurs montrent que, par rapport au risque d’incident observé sur le poste du matin, le risque relatif augmente de 17% et de 30% respectivement sur les postes de l’après-midi et de la nuit. Au cours du poste de nuit, le risque relatif augmente de 20% la deuxième heure du poste par rapport à la première heure, mais diminue ensuite pour un total d’environ 50%, de manière à peu près linéaire jusqu’à la fin du poste. Cependant, malgré, ou peut-être à cause, de la baisse du risque observé au cours de la première nuit, le risque d’incident augmente au total de 38% au total cours de quatre nuits travaillées successivement (Folkard et Tucker, 2003).
d’une pause semble favoriser la mise en jeu de processus de traitement contrôlés de l’activité par les salariés, annulant ou masquant ainsi les effets de la fatigue qui s’accumule au fil des heures travaillées (Tucker, Folkard, & Macdonald, 2003). De manière intéressante, lorsque des salariés effectuent un travail dont ils déterminent eux-mêmes leur rythme d’activité (« self-paced ») plutôt qu’un travail à la chaîne (« machine-paced »), le risque d’incident n’augmente plus après la deuxième demi-heure de travail suivant une pause, indiquant que le degré de contrainte exercé par l’activité de travail elle-même participe au risque de survenue d’incidents dans ces entreprises. (Tucker et al., 2006).
En conclusion, si les travaux de recherche actuels ont permis d’établir clairement les difficultés rencontrées par les salariés qui travaillent en horaires décalés, ils ont également identifiés les causes de ces difficultés et proposés une série de mesures visant à maintenir la sécurité des hommes et des installations au travail. Ces mesures concernent l’organisation du travail lui-même (durée des postes, l’heure de prise du poste du matin, la programmation de pauses), mais également l’hygiène de vie des salariés (adapter les horaires du coucher aux horaires de travail, siestes en anticipation du poste de nuit ou de récupération du poste du matin).
Cariou M., Galy E., Mélan C. (sous presse). Differential 24-h variations of alertness and subjective tension in process controllers: investigation of a relationship with body temperature and heart rate. Chronobiology Inernational.
Mélan C, Galy E, Cariou M. (2007). Mnemonic processing in air traffic controllers (ATCs): Effects of task parameters and work organization. International Journal of Aviation Psychology, 17:391-409.
Folkard, S., Tucker, P. (2003). Shiftwork, safety and productivity. Occupational Medecine (London), 53, 95-101.
Tucker P., Folkard S., Macdonald I. (2003). Rest breaks and accident risk. The Lancet, 361, 680.
