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Approches scientifiques

Comme nous l’avons expliqué dans la section portant sur les modèles d’analyse, un modèle sert à simplifier une situation complexe pour mieux la comprendre. Une fois le modèle développé, il faut mettre en place des critères qui serviront à modifier les composantes du modèle afin de réduire les risques de blessures. Des critères ont été développés à l’intérieur de trois importants champs de recherche : la biomécanique, la physiologie et la psychophysique. De par leur nature, les critères diffèrent d’un champ à l’autre et peuvent même entrer en conflit. En effet, dans plusieurs situations, les critères basés sur différentes approches donneront des limites différentes (Dempsey, 1998). Les paragraphes qui suivent décrivent sommairement les principaux critères actuels. Toutefois, comme nous ferons fréquemment référence à une équation, celle du National Institute of Occupational Safety and health (NIOSH), le premier paragraphe expliquera en gros cette approche. Pour plus d’informations : (Dempsey, 1998)

Équation du NIOSH

L’équation du NIOSH sert à identifier des situations à risque au cours de travaux de manutention et à établir un poids recommandé pour une tâche type. Lorsque ce poids recommandé dépasse le poids réel soulevé par le manutentionnaire, le risque de blessure augmente. Pour arriver à déterminer la valeur de ce poids recommandé, elle intègre des critères basés sur des modèles biomécaniques, physiologiques et psychophysiques et inclut sept variables :

• poids de l’objet,
• distance horizontale et verticale des mains,
• déplacement vertical de l’objet à soulever,
• asymétrie de la tâche,
• fréquence de manutention,
• qualité de la prise

Comme cette équation s’inspire de plusieurs approches, elle est considérée comme conservatrice. C’est-à-dire qu’elle vise à protéger un peu plus que moins. La valeur prédite par l’équation devrait en théorie protéger 99 % des travailleurs et 75 % des travailleuses.

Dans le cas où le poids soulevé est supérieur à la valeur recommandée, le travailleur est considéré à risque de souffrir de blessures au dos et une intervention ergonomique serait indiquée pour réduire les risques.

Pour en savoir plus sur l’équation du NIOSH en français ou en anglais.

Trois importants champs de recherche se sont penchés sur ce qui serait acceptable comme exigences de travail en manutention. Il s’agit des champs de la biomécanique, de la physiologie et de la psychophysique.

3 approches

Approche biomécanique

Basée sur la force de compression maximale sur les vertèbres, elle limite le chargement vertébral à 340 kgf pour une majorité de travailleurs. Utile dans le cas de tâches non répétitives, elle favorise une diminution de la charge au détriment de la fréquence de manutention.

Approche physiologique

Basée sur la capacité physiologique maximale des travailleurs, elle vise à limiter la fatigue physique et établit des valeurs limites de dépense énergétique entre 3,1 kcal/min et 9,5 kcal/min. Utile dans le cas de tâches très répétitives, elle favorise une diminution de la fréquence de manutention au détriment de la charge.

Approche psychophysique

Basée sur la perception des travailleurs, elle établit des valeurs limites de charge acceptable sur une durée de travail prescrite. Utile dans tous les cas sauf les tâches répétitives dépassant six levages/minute. Elle favorise une diminution de la charge au détriment de la fréquence de manutention.

De par leur nature, les critères auxquels sont arrivées ces trois disciplines diffèrent beaucoup et peuvent même entrer en conflit. Résultat : les valeurs recommandées diffèrent. Il n’existe pas d’études concluantes qui établissent de relation directe entre les valeurs limites d’une des trois approches et une diminution des blessures. Toutefois, Waters et al. (1999) ont indiqué que lorsque les tâches de travail excédaient les valeurs recommandées, les risques de blessure étaient généralement plus élevés.

L’hypothèse générale veut qu’une diminution de charge (approche biomécanique), une diminution de la fatigue (approche physiologique) ou encore l’adoption d’un chargement maximum acceptable (approche psychophysique) protège les travailleurs de blessures au dos.

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Approche biomécanique

L’objectif de l’approche biomécanique consiste à ce que la charge supportée par les tissus d’un individu n’excède pas la capacité de son système musculosquelettique. Les critères les plus fréquents s’appuient sur les forces de compression et de cisaillement que les vertèbres lombaires doivent supporter, ainsi que la grandeur des moments aux articulations.

Illustration des forces - le tronc droit

Illustration des forces - le tronc fléchi

La capacité de résister aux charges externes et internes dépend notamment de l’âge, du poids et du sexe d’un individu, du niveau vertébral (lombaire, thoracique ou cervical), du type de chargement (compression ou cisaillement) et de la posture. L’âge et le sexe sont déterminants, la capacité des vertèbres diminuant généralement avec l’âge et les femmes ayant habituellement une capacité inférieure aux hommes.

En raison du grand nombre de facteurs qui entrent en jeu dans la résistance des vertèbres, il est très difficile de fixer une limite de chargement ou un poids limite à un contenant à manipuler. Actuellement, le seuil le plus connu est celui de la force en compression du NIOSH, établi à 3,4 kilonewton (kN) (3 400Nou 340 kgf). Il protégerait la quasi-totalité des hommes (99 %) et les trois quarts des femmes (75 %). Ce seuil a été fréquemment contesté  (Jagger and Luttman, 1999) parce qu’il ne tient pas compte de l’âge, comme le démontre le tableau ci-dessous.

Toutefois, le seuil de NIOSH a l’avantage de protéger un peu plus que moins. Quant au seuil acceptable en cisaillement, il y a consensus pour le situer autour de 1,0 kN (1 000N ou 100 kgf), bien que peu d’études documentent cette question.

Comment déterminer si une tâche excède une limite acceptable

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Approche physiologique

L’approche physiologique vise à établir une tâche de travail qui demeure à l’intérieur d’une réponse physiologique acceptable. Elle consiste à évaluer le niveau de fatigue physique généralisée et, dans une moindre mesure, de fatigue musculaire locale. Cette approche est particulièrement valide lorsque la tâche de manutention nécessite plus de trois levages/minute. Plus la fréquence augmente, plus la charge doit diminuer de façon à ne pas excéder un seuil physiologique acceptable.

Les deux critères les plus fréquemment utilisés pour évaluer l’effort fourni (la dépense énergétique) et la fatigue en résultant sont :

• le taux d’oxygène consommé (VO₂) en pourcentage de la consommation maximale d’oxygène (VO₂max) ;

  La capacité aérobique maximale (VO₂max) se mesure sur vélo d’exercice, sur tapis roulant ou encore, au cours d’une activité de manutention. La VO₂max est généralement supérieure sur tapis roulant, moins élevée sur vélo et au plus bas pendant les activités de manutention.

• la fréquence cardiaque en termes absolus ou en fonction de la fréquence cardiaque au repos.

La dépense énergétique dépend entre autres du nombre de muscles sollicités par l’activité, du type d’effort exercé (dynamique ou statique), de l’intensité et de la durée de l’effort. Le problème de fixer un critère sur la base du VO₂max est que la capacité varie énormément selon la charge, la fréquence et la hauteur d’élévation de la charge. D’après une étude de Khalil et al. (1985), elle varie de 57 % à 91 % du VO₂max sur vélo d’exercice. Pour cette raison, certains auteurs préfèrent fixer le critère physiologique sur la base du VO₂max sur tapis roulant ou sur vélo.

Note: ¹ = vélo stationnaire; ² = course sur tapis roulant; ³ = manutention; VO₂max course > VO₂max vélo > VO₂max manutention (Mital et al., 1997; Sharp et al., 1988); ⁴ La technique «libre » est classée comme étant une technique avec moins de flexion des genoux que le "squat" et moins de flexion au dos que le "stoop" (technique mitoyenne entre le squat et le stoop). ⁵ Efficience = Énergie délivrée (travail mécanique externe) par rapport à celle consommée (coût métabolique) ou encore il s’agit du rapport entre ce qui est produit sur ce qui en coûte pour le produire; ⁶ 1 litre
d’oxygène correspond à une dépense énergétique de 20.9 kJoules ou 5 kcal.

Illustration de trois techniques de manutention couramment citées en recherche 

Technique "Squat"	Technique "Libre"	Technique "Stoop"

Tableau comparatif de l’activité de levage en METs avec d’autres types d’activité physique (basé sur l’article de (Ainsworth et al., 2000)).

 www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10993420

Critère par rapport au % du VO₂max

La dépense énergétique dépend entre autres du nombre de muscles sollicités par l’activité, du type d’effort exercé (dynamique ou statique), de l’intensité et de la durée de l’effort. Le problème de fixer un critère sur la base du VO₂max est que la capacité varie énormément selon la charge, la fréquence et la hauteur d’élévation de la charge. D’après une étude de Khalil et al. (1985), elle varie de 57 % à 91 % du VO₂max sur vélo d’exercice. Pour cette raison, certains auteurs préfèrent fixer le critère physiologique sur la base du VO₂max sur tapis roulant ou sur vélo.

Par le passé, un critère limite de 5 kcal/min (ou 1 litre d’O₂/min) a été suggéré. Cette limite correspond approximativement à 35 % du VO₂max sur tapis roulant. Le comité qui s’est penché sur l’équation révisée du NIOSH (Waters et al., 1993) pour recommander des critères physiologiques fixe plutôt une limite de 33 % du VO₂max de 9,5 kcal/min pour 8 heures de travail (33 % de 9.5 kcal/min ≈ 3 kcal/min).

* VO₂max = 9,5 kcal/min

Il semble cependant que ce niveau soit trop élevé pour du travail de manutention journalier. Les études de Legg and Myles (1985), Legg and Pateman (1985), de Mital (1984) et de Mital et al. (1997) suggèrent que le critère limite pour une journée de 8 heures de travail se situe autour de 21 % à 23 % du VO₂max sur tapis roulant et de 28 % à 29 % de celle-ci sur vélo. Si une part importante du travail de manutention s’accomplit au moyen d’efforts dynamiques, des efforts statiques entrent aussi en jeu et ont un effet sur le niveau de fatigue musculaire local. Même en respectant ces limites, le travail de manutention peut donc résulter en des états de fatigue importants.

Critère de la fréquence cardiaque

Les valeurs absolues de fréquence cardiaque pour les hommes et les femmes sont entre 90 et 112 battements/minute pour un travail de manutention continu. L’augmentation de la fréquence cardiaque au-dessus des valeurs au repos ne devrait pas dépasser de 30 à 35 battements/minute. Toutefois, les données relatives à la fréquence cardiaque devraient être analysées avec précaution, car elles peuvent varier en fonction d’autres facteurs que le travail musculaire, par exemple le stress au travail. Malgré tout, la fréquence cardiaque demeure un excellent moyen d’évaluer la charge physiologique de travail. Il existe également des méthodes pour évaluer le VO2max à partir de la fréquence cardiaque.

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Approche psychophysique

La psychophysique étant une branche de la psychologie qui s’intéresse à la relation entre les stimuli et les sensations perçues, cette approche repose uniquement sur la perception de l’individu de sa capacité à réaliser une tâche. Elle a pour objectif de concevoir des tâches de travail perçues comme « acceptables » pour une majorité de travailleurs.

Dans le cadre d’études psychophysiques sur la manutention, des sujets reçoivent généralement comme consigne d’ajuster les paramètres d’un travail de manutention (poids de la charge et fréquence de la manipulation). Ils doivent faire ces ajustements jusqu’à ce qu’ils atteignent la limite maximale qu’ils peuvent endurer sans ressentir de douleur ou d’inconfort et sans ressentir de fatigue excessive, de faiblesse ou d’essoufflement. Ces sujets doivent imaginer qu’ils sont payés selon leur productivité, sur une durée de huit heures par jour, et qu’ils ne doivent pas être exténués à la fin de leur quart de travail.

Sur la base de nombreuses expériences de ce type, les tables de Snook et Ciriello (1991)  ont été élaborées afin de fournir des valeurs limites qui sont acceptables pour 90 % des travailleurs et 75 % des travailleuses lorsque la fréquence est en deçà de 6 levages/minute. Soulignons toutefois que ces tables souffrent d’un biais qui réduit l’importance de la fréquence de manutention, car la perception d’une charge n’est pas un phénomène linéaire. Le fait de doubler le poids d’un objet sera perçu comme étant une charge de travail de trois à cinq fois plus élevée (Karwowski et al., 1999). Une augmentation du poids de la charge aura donc plus d’effet sur la perception de l’effort qu’une augmentation équivalente de la fréquence de manutention.

D’après Ayoub et Mital (1989), les stress biomécaniques et physiologiques sont intégrés dans l’approche psychophysique sous la forme des sensations perçues.

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