FORMATION VIBRATIONS AU POSTE DE TRAVAIL

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1 FORMATION VIBRATIONS AU POSTE DE TRAVAIL fr_formation_vibration au poste de travail_a.ppt SF_13_Révision_A / Edition du 06/10/2005

2 Vibrations au travail Objectifs Savoir utiliser un vibromètre pour pratiquer des mesures en référence à la directive européenne Avril 2002 Durée: 1 journée PROGRAMME Notions de base pour la mesure vibratoire Cadre normatif et réglementaire Instrumentation Utilisation du vibromètre dédié «MAESTRO»

3 Introduction Alors que nous sommes tous de plus en plus sensibilisés à l acoustique et aux problèmes de bruit en général à travers la médiatisation qui en est faite et notre ressenti personnel au travers de notre vie quotidienne, le domaine des vibrations reste très flou et incompris du grand public de par la «complexité» du phénomène et le caractère scientifique du vocabulaire et des unités utilisées. Ce support vise donc tout d abord à apporter l essentiel des notions théoriques permettant de comprendre le phénomène physique et les termes définis dans la réglementation pour ensuite être capable de réaliser et interpréter ses propres campagnes de mesure.

4 NOTIONS DE BASE POUR LA MESURE VIBRATOIRE

5 Bruit et vibrations A l origine de tout bruit, il existe un phénomène vibratoire lié à une excitation particulière. Mécanique : cordes vocales, capotage de machine Electrique : haut parleur Hydraulique : circulation de fluide dans des canalisations Une vibration est une réaction mécanique issue d un ébranlement autour d une position d équilibre (choc, frottement ) Choc Amortissement Position d équilibre

6 Bruit et vibrations Le bruit que l on entend n est que la résultante de la propagation dans l air des vibrations d une structure. L être humain est doté de plusieurs sens de perception dont l ouïe et le toucher. Ces 2 sens nous permettent de capter des vibrations (aériennes ou solidiennes). Nous ne disposons pas de la même sensibilité entre notre oreille, notre corps ou notre main. On peut donc percevoir certains phénomènes à l oreille qu il nous est impossible de discerner avec nos mains ou nos pieds et inversement. On sent les vibrations, la propagation est solidienne. On entend le bruit, la propagation est aérienne.

7 Perception Un corps est dit en vibration lorsqu il est animé d un mouvement oscillatoire autour d une position de référence (cordes vocales, ressort, capotage de machine ). Les principales grandeurs caractérisant une vibration sont : - la fréquence en Hertz qui représente le nombre d oscillations par seconde du corps vibrant (ex : 10 oscillations par seconde = 10Hz) - l accélération du mouvement oscillatoire (notée «a ou A») en m/s² (liée à l amplitude du déplacement) mais d une manière générale, les vibrations sont des phénomènes impulsionnels, périodiques, transitoires ou aléatoires plus ou moins complexes.

8 Fréquence Pour un même niveau sonore, une perceuse électrique et le passage d un train ne font pas le même bruit. Il en est de même pour les vibrations qui sont à l origine du bruit propagé. Chacun se différencie par sa représentation fréquentielle (amplitude fonction de la fréquence) appelée spectre. Représentation linéaire Représentation logarithmique De manière générale en acoustique, la notion de fréquence traduit le caractère grave ou aigu d un son. Si cette fréquence est trop faible, on sort alors du domaine audible mais on peut éventuellement ressentir la vibration tactilement. Début du domaine audible

9 Pondérations Par analogie à l oreille humaine où l on travaille généralement sur le domaine audible (20Hz Hz), le corps humain et le système main-bras disposent également chacun d un domaine fréquentiel de sensibilité et d étude qui leur est propre. Corps complet a wx et a wy : entre 0,5 et 80 Hz (pondération W d ) a wz : entre 0,5 et 80 Hz (pondération W k ) Main bras a hwx, a hwy, a hwz : entre 8 et 1000 Hz (pondération W h ) Remarque : De la même manière qu en acoustique on utilise la pondération A, B ou C pour tenir compte des phénomènes d atténuation et d amplification liées à l oreille humaine, on utilise d autres systèmes de pondérations (W d, W k, W h ) concernant le ressenti des vibrations selon l axe et la partie du corps étudiés.

10 Pondérations Pondérations fréquentielles 1.2 Facteur de pondération Wd Wk Wh Fréquence (Hz) W d : pondération corps complet axes X et Y W k : pondération corps complet axe Z W h : pondération système main-bras

11 Accélération Comme tout mouvement, une vibration peut être étudiée selon trois grandeurs : Le Déplacement (m) La Vitesse (m/s) L Accélération (m/s²) Ces grandeurs physiques sont liées entre elles par des relations mathématiques. La vitesse est la dérivée du déplacement par rapport au temps. L accélération est la dérivée de la vitesse par rapport au temps.

12 Accélération Le déplacement est assimilable à la distance parcourue par un objet (aucune notion de temps) La vitesse correspond à la distance parcourue en fonction du temps L accélération représente alors un gain ou une perte de vitesse sur un intervalle de temps généralement court. Cette valeur peut alors être positive ou négative s il s agit d accélération ou de «déccélaration» mais l on prendra toujours en compte le module de cette valeur (positive). Acc. Vit. Dép. Dans la très grande majorité des cas, vibrations au travail comme bien d autres applications, la grandeur qui nous intéresse est l accélération (voir illustration )

13 Accélération Illustration cas du siège sur amortisseur Question : A quoi l opérateur est-il sensible lorsqu il est exposé aux vibrations? ou ou - Déplacement (distance de parcours du siège) - Vitesse propre du siège - Accélération (gain ou perte de vitesse du siège sur un temps très court) Rôle des amortisseurs : Lorsqu on met en place un système d amortissement (ressort ), on cherche avant tout à contrôler et limiter la perte de vitesse du système en bout de course (choc).

14 Accélération et db Le db n est que très rarement utilisé en vibrations. Parfois il est intéressant d étudier le déplacement d un système puis de repasser en accélération ou en vitesse En fait il n y a aucune correspondance entre les db déplacement, db vitesse et db accélération (références différentes). Pour cette raison on travaille presque exclusivement en unités physiques. Accélération : m/s² Vitesse : m/s Déplacement : m Formulations : Accélération A = 10 log a²/a 0 ² a 0 : 10-6 m/s² Vitesse V = 10 log v²/v 0 ² v 0 : 10-9 m/s Déplacement D = 10 log d²/d 0 ² d 0 : m/s Attention, il n y a également aucun lien entre db acoustique et db vibrations. Acoustique L = 10 log p²/p 0 ² p 0 : Pa

15 Amplitudes vibratoires Repères - exemples

16 CADRE NORMATIF ET REGLEMENTAIRE

17 Vibrations sont : Emises par les machines Directive machine (1992 puis 1998). Normalisation. Transmises à l homme Directive européenne (25 juin 2002). Normalisation (depuis 1987 ). Code du travail.

18 Pourquoi une réglementation Evaluer les effets physiologiques des vibrations sur l homme Vibrations transmises aux membres supérieurs. Main-Bras Vibrations transmises à l ensemble du corps. Corps complet

19 Quelle réglementation? Directive Machine (Décret juillet 1992) Construire les machines de façon à réduire au maximum les risques vibratoires. La littérature technique doit fournir : la valeur vibratoire émise si le niveau dépasse le seuil déclenchant l action la référence de la méthode d essai utilisée les mesures techniques mises en place pour réduire les vibrations. Le siège doit être conçu pour transmettre le minimum de vibrations.

20 Quelle réglementation? Normalisation appliquées aux machines Normes génériques, normes spécifiques par familles de machines,codes d essais. Normes sur la conception des machines et des postes de travail : EN Conception de machines moins vibrantes. EN Conception de postes de travail peu vibrants. Normes sur l installation des machines : EN 1299 Isolation vibratoire des machines industrielles fixes. Normes sur les sièges : EN Code d essais en vibration des sièges (SEAT).

21 Quelle réglementation? Directive européenne pour la protection des travailleurs Définition Vibration transmise au système mains-bras (troubles ) Vibration transmise à l ensemble du corps Valeurs limites d exposition et valeurs déclenchant l action Obligations des employeurs Évaluation des risques, éviter ou réduire l exposition, information et formation des travailleurs Période transitoire --> 2010! ( )

22 Directive européenne enne VALEURS D EXPOSITION (limite et déclenchant l action) Main-bras Corps complet Niveau déclenchant l action A(8) : 2,5 m/s 2 A(8) : 0,5 m/s 2 ou VDV : 9,1 m/s 1,75 Niveau limite A(8) : 5 m/s 2 A(8) : 0,9 m/s 2 (directive 1,15 m/s²) VDV : 21 m/s 1,75

23 Directive européenne enne OBLIGATIONS DE L EMPLOYEUR (1/3) Détermination et évaluation des risques : Évaluation sommaire (identification des postes à risques) Mesurage des niveaux de vibrations mécaniques Conservation des données Mesures de contrôle éventuelles après modification

24 Directive européenne enne OBLIGATIONS DE L EMPLOYEUR (2/3) Dispositions visant à éviter ou à réduire l exposition : Mise en œuvre d un programme de mesures techniques Choix d équipements de travail appropriés Fourniture d équipements auxiliaires Conception et agencement des postes de travail Autres méthodes de travail éventuelles Formation et information des travailleurs (auto-protection) Limitation de la durée d exposition et de l intensité vibratoire

25 Directive européenne enne OBLIGATIONS DE L EMPLOYEUR (3/3) Information et formation des travailleurs : Sensibilisation aux risques vibratoires Explication des résultats de mesures par rapport aux valeurs limite d exposition et déclenchant l action Communication sur les mesures prises en vue de supprimer ou réduire au minimum les risques Information sur l utilité et la façon de dépister et signaler les symptômes de lésions Information sur les conditions dans lesquelles les travailleurs ont droit à une surveillance

26 VIBRATIONS CORPS COMPLET

27 Sources vibratoires Corps complet Machines ou proximité, conduite de véhicules présentant des secousses et des chocs (Sièges et Planchers). Principalement engins de chantier (camions, dumpers, chargeuses, tracteurs, grues, chariots ) énergie vibratoire entre 1 et 10 Hz Facteurs influents: vitesse, chocs répétitifs, qualité surface (sol gelé, obstacle), diamètre des roues, gonflage des pneus, charges... Aggravation des troubles

28 Effets pathologiques Pathologies liées au comportement biodynamique de la colonne vertébrale (déplacement et torsion des disques intervertébraux) identiques à des cas de mauvaise posture, manutention de charges lourdes, vieillissement Lombalgie, excroissances osseuses, hernies discales Corps complet L exposition aux vibrations aggrave des lésions pré-existantes et accentue la douleur. Pas de pathologie spécifique comme système main-bras mais notion d inconfort vibratoire.

29 Inconfort vibratoire Corps complet Combinaison de différents facteurs Vibratoires Fréquence, direction, amplitude, forme, durée d exposition. Individuels Age, sexe, infirmités, état de santé, état psychologique, connaissance du phénomène vibratoire... Liés à la tâche Posture, attitude contractée ou relâchée, ergonomie postural du support. Liés à l environnement Bruit, température...

30 Inconfort vibratoire Corps complet Moins de 0,3 m/s²: pas d inconfort. De 0,3 à 0,6 m/s²: légèrement inconfortable. De 0,6 à 1,0 m/s²: relativement inconfortable. De 1,0 à 1,6 m/s²: inconfortable. De 1,6 à 2,5 m/s²: très inconfortable. Plus de 2,5 m/s²: extrêmement inconfortable. Valeurs définies en terme d accélération équivalente - Norme ISO 2631

31 Normalisation Corps complet ISO (1997) cf annexe B.1 de la directive de niveaux de définition: Santé Confort et perception non traité par la suite Cinétose (maladie des transport) non traité par la suite Point de mesurage A l interface homme/source de vibration (surface à travers laquelle les vibrations sont transmises au corps). Durée de mesurage Dans le cas d un signal aléatoire, la précision du résultat ne peut être obtenue qu au delà d une durée de mesurage de 3 minutes.

32 Domaine d application Santé Corps complet Essentiellement pour des personnes assises (mesure sur séant du siège) puisque les effets des vibrations sur la santé dans les autres positions ne sont pas suffisamment connus. Confort et perception non traité par la suite Toutes les positions Assis siège, dossier, pieds Couché bassin, tête Débout pieds

33 Normalisation - santé Corps complet Mesures d accélération - selon 3 axes x, y, z - domaine d étude de 8 à 1000 Hz - pondérations fréquentielles W d pour axes x et y W k pour axe z Effets combinés des 3 axes de vibration

34 Normalisation - santé Pour les 3 axes combinés A eq accélération équivalente Niveau global de vibration Corps complet A eq = (k x ²A² wx +k y ²A² wy +k z ²A² wz ) Introduction des facteurs k (fonction de la position et du point de mesure (kx=1.4 ; ky=1.4 ; kz=1) A eqmax accélération équivalente max. valeur de la composante axiale maximale Pour chaque axe A w accélération efficace pondérée Permet de connaître la composante vibratoire de chaque axe A peak accélération crête Permet d identifier la présence de chocs perturbateurs Méthode principale d évaluation

35 Normalisation - santé Méthode principale d évaluation Corps complet zone de danger Seuils de vibrations sur 8h - Courbe d alerte : 0,5 m/s² - Courbe de danger : 0,9 m/s² zone d'alerte a w1.t 1 1/4 = a w2.t 2 1/4 = ( )/2

36 Normalisation - santé Méthode complémentaire Corps complet Définition du facteur de crête Le facteur de crête est le rapport entre la valeur de crête maximale du signal et la valeur de l accélération efficace = A peak / A w Si ce facteur est supérieur à 9, il est recommandé d utiliser la méthode complémentaire d évaluation des vibrations introduisant les notions : -VDV(Valeur de Dose de Vibration) Remarque : Cette méthode d évaluation est dite complémentaire, c est-à-dire que quelque soit la situation, il peut être judicieux de la mettre en pratique.

37 VDV Corps complet Méthode complémentaire Le VDV (m/s 1,75 ) utilise le principe de la racine quatrième de la dose vibratoire. Cet indicateur est donc plus sensible aux pics d accélération puisqu il a pour but de majorer la présence d énergie vibratoire élevée (chocs, pics) et à minimiser le reste. Le VDV sert à mettre en évidence la présence de chocs ou pics d accélération élevés et répétitifs.

38 Prévention en savoir plus Corps complet «Vibrations plein le dos - Conducteurs d engins mobiles» INRS ED 864, sept «Confort vibratoire dans les véhicules industriels et les engins de chantier» Travail & Sécurité n 509 Fev INRS. Guide concernant les effets des vibrations sur la santé du corps humain. AFNOR E90-399, sept.1996.

39 MESURE DE SEAT

40 Seat Le but de cette mesure est de quantifier la transmission d énergie vibratoire au travers du siège (exprimé en %). Mesures d accélération - selon 3 axes x, y, z - plus 1 voie de référence SEAT = 100 x A wz / A wzréf avec A wz et A wzréf valeur efficace mesuré sur le siège valeur efficace mesuré sur le chassis

41 VIBRATIONS MAIN-BRAS

42 Sources vibratoires Machines portatives et rotatives: Main-Bras perceuses 20 à 50 Hz, ponceuses 100 Hz. (scie, meuleuse, polisseuse ) Machines percutantes: brise-béton 25 Hz. (marteau piqueur, dameuse, burineur, perforateur, ). Vibrations Hz Secteurs: BTP, Bâtiment, Industries mécaniques, Filière bois. 1 Million de travailleurs soit 5% des salariés. Diminution des capacités manuelles

43 Effets pathologiques Troubles musculo-squelettiques Arthrose excessive (poignet, coude) et ossification aux insertions de tendons (coude) constatés pour BF<50 Hz et amplitude vibratoire élevée Main-Bras Troubles musculaires Faiblesse musculaire, douleurs dans les mains et les bras, tendinite, ténosynovite (inflammation des tendons et gaines), maladie de Dupuytren (maladie des tissus aponévrotiques de la paume de la main) troubles liés aux facteurs de contraintes ergonomiques Troubles vasculaires (perturbation de la circulation sanguine) Maladie des doigts blancs (Syndrome de Raynaud) - vasoconstriction aux extrémités des doigts accentuée par le froid Troubles neurologiques Picotement et engourdissement des doigts et des mains perte de sensations tactiles, perturbation du toucher. Par analogie à l audiométrie, la tactilométrie mesure le seuil de perception vibrotactile

44 Normalisation Main-Bras Mesures d accélération - selon 3 axes x, y, z - domaine d étude de 8 à 1000 Hz - pondération fréquentielle (W h commun aux 3 axes) Effets combinés des 3 axes de vibration

45 Normalisation Pour 3 axes combinés A eq accélération équivalente Niveau global de vibration Main-Bras A eq = (A² hwx +A² hwy +A² hwz ) Pour chaque axe A hw accélération efficace pondérée Permet de connaître la composante vibratoire de chaque axe A peak accélération crête Permet d identifier la présence de chocs perturbateurs Indicateurs mesurés

46 Normalisation Main-Bras Exposition quotidienne aux vibrations A(8) =Aeq (T/To) To = durée de référence 8h Niveau de référence à comparer au seuil réglementaire Indicateur calculé

47 Exemple Mesure scie électrique Vibration A w x:10 y:8 z:11 (m/s 2 ) Interprétation valeur limite dépassée. Main-Bras A eq = (a hwx ²+a hwy ²+a hwz ²) = (10²+8²+11²) Si 50 découpes par jour A(8) = 16,88 m/s² pendant 1 min 17s (77s). = 16,88* (50*77/28800) = 6,2 m/s² > 5m/s²

48 Prévention en savoir plus Main-Bras «La main en danger - Syndrome des vibrations» INRS ED 863, sept «Vibrations main-bras - Guide pour la réduction des risques de vibrations» AFNOR E et E Partie 1: mesures techniques lors de la conception des machines. Partie 2: mesures de prévention sur le lieu de travail. Guide concernant les effets des vibrations sur la santé du corps humain. AFNOR E90-399, sept.1996.

49 INSTRUMENTATION

50 Le vibromètre MAESTRO Vibromètre 4 voies (tri-axe + auxiliaire). Réalise des mesures corps complet et main-bras. Mesure de SEAT et de MTVV Possibilité de mesures acoustiques

51 Les accélérom romètres Accéléromètre tri-axial AP 2081 pour la mesure corps complet : Sensibilité axiale (mv/g): Sensibilité transversale relative (%) Niveau de bruit (g) Tension d alimentation (V) Courant d alimentation (ma) Tension de repos (V) Impédance de sortie (Ω) Dynamique (g crête) Fréquence de résonance (khz) Gamme de fréquence (Hz) = / - 1dB Gamme de température ( C) Masse sans câble (gr) Matériau du boîtier Norme X : 9.8 Y : 9.9 Z : 9.9 X : <3.9 Y : <4.1 Z : 4.0 < à 30 2 à 20 8 à 10 < < à 10, à Titane ISO

52 Les accélérom romètres Accéléromètre tri-axial AP 2081 pour la mesure corps complet : Accessoires complémentaires : Assiette semi-rigide contenant l accéléromètre tri-axial (utilisée également pour mesure de Seat)

53 Les accélérom romètres Accéléromètre tri-axial AP 2022 pour la mesure main-bras : Sensibilité axiale (mv/g): Sensibilité transversale relative (%) Niveau de bruit (g) Tension d alimentation (V) Courant d alimentation (ma) Tension de repos (V) Impédance de sortie (Ω) Dynamique (g crête) Fréquence de résonance (khz) Gamme de fréquence (Hz) = / - 1dB Gamme de température ( C) Masse sans câble (gr) Matériau du boîtier X : 10.2 Y : 9.9 Z : 10.2 X : <2.3 Y : <2.7 Z : 2.0 < à 30 2 à 20 8 à 10 < > à 20, à Titane

54 Les accélérom romètres Accéléromètre tri-axial AP 2022 pour la mesure main-bras : Accessoires complémentaires : Adaptateurs spécifiques selon le type d appareillage à évaluer (mesure sur volant ou appareils portatifs)

55 Les calibreurs Mono fréquence Mono niveau Généralement 140dB (10m/s²) à 160 Hz

56 UTILISATION DU VIBROMETRE DEDIE MAESTRO

57 Vibromètre Maestro

58 Vibromètre Maestro

59 UTILISATION DU LOGICIEL DE TRAITEMENT DBMAESTRO

60 Transfert de données Fichier Transfert sonomètre Info - informations sur le sonomètre connecté Choix - choix du sonomètre à transférer Configuration - permet de configurer le transfert (vitesse, port de communication ) Initialisation - lance la communication entre le sonomètre et l ordinateur Transférer - lance le transfert des mesures sélectionnées

61 Paramétrage du fichier Aux Paramétrage fichier Maestro Cette fenêtre permet de définir le type et les conditions de mesure Type de mesure Corps complet, main-bras Axe Permet de modifier les axes de mesure (X, Y, Z) Position Position dans laquelle les mesures ont été effectués (debout, assis, couché) Emplacement Emplacement du point de mesure (pied, siège, dossier)

62 Evolution temporelle Après avoir transféré les données, on peut ensuite visualiser sous forme graphique l évolution dans le temps des différents indicateurs mesurés. Résultats Evolution temporelle Touche de codage entre curseurs Cette fonction permet de marquer l évolution temporelle selon les différentes phases/tâches de travail que l on veut étudier.

63 Corps complet Résultats Corps complet Calcul réglementaire r selon le critère re de définition d sélectionns lectionné (santé,, confort, perception) des indicateurs suivants : - Dose de vibrations A(8) - VDV - Calcul du temps d exposition correspondant aux 2 bornes de la zone de précaution santé - Comparaison aux seuils d inconfort ou de perception

64 Main-bras Résultats Main-bras Calcul réglementaire r (santé) des indicateurs suivants : - Dose de vibrations A(8) - Calcul du temps d exposition correspondant aux 2 bornes de la zone de précaution santé

65 Multiples machines Cette fonction permet de recomposer la dose vibratoire issue de plusieurs tâches de travail en fonction du temps effectif passé à chacune d elles. Résultats Multiples machines

66 BIBLIOGRAPHIE Sources externes: Documents officiels: ISO 2631 Vibrations et chocs mécaniques Evaluation de l exposition des individus à des vibrations globales du corps ISO Vibrations mécaniques Méthode en laboratoire pour l évaluation des vibrations du siège de véhicule ISO 8041 Réponse des individus aux vibrations Appareillage de mesure ISO Vibrations mécaniques mesurage et évaluation de l exposition des individus aux vibrations transmises par la main Directive européenne 2002/44/CE du 25 Juin 2002

67 Page Fin commune à toutes les BU

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