Effet de la variation des paramètres ergonomiques du siège d'avion sur les phénomènes biomécaniques et les actions musculaires associés au transfert assis-debout

Effect of variations in the ergonomic parameters of an airplane seat on the biomechanical phenomena and muscular actions associated with the sit-to-stand transfer

• Auteur / Autrice : Nadège Tebbache
• Direction : Christophe Bouvet, Alain Hamaoui
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, Mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2018
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Aéronautique -- Facteur humain

Sièges

Avions

Mécanique humaine

Mots clés libres

Transfert assis-debout

Siège

Ergonomie

Forces de réaction au sol

Electromyographie

Sit-to-stand transfer

Seat

Ergonomics

Ground reaction forces

Electromyography

Résumé

Le transfert assis-debout est une des activités journalières les plus courantes, prérequis à la marche et crucial pour l'autonomie. Cette tâche nécessite une coordination importante entre les mouvements des segments corporels, et donc des activités musculaires. S'il a beaucoup été investigué par différents moyens (analyses dynamique et cinématique, électromyographie), il existe peu de standardisation sur ses déterminants. Le transfert assis debout peut être séparé en 2 phases, une posturale durant laquelle le tronc est fléchi et une focale durant laquelle les membres inférieurs sont étendus. Cette tâche est influencée par les caractéristiques du siège dans lequel la posture assise est adoptée. Certains de ses déterminants relevant du siège (e.g. la hauteur et la présence d'accoudoirs) sont connus, mais de nombreux paramètres n'ont à notre connaissance pas été investigués. En particulier, ceux qui favorisent son ergonomie en posture assise semblent présenter une dualité avec la tâche de STS. Cette thèse s'est intéressée à l'influence de l'inclinaison du dossier, de la mousse recouvrant le siège et de la présence d'une rangée de sièges à l'avant. Dans les différentes conditions, des variations des paramètres biomécaniques analysés par une plateforme de forces et des actions musculaires quantifiées par l'électromyographie ont été observées dans la phase posturale, avec ou sans conséquence sur la phase focale. Une posture initiale avec le dossier incliné vers l'arrière a nécessité une variation des niveaux d'activité des muscles actifs dans la phase posturale, principalement les muscles du tronc, sans effet sur la phase focale. Un coussin constitué d'une mousse plus dense a réduit la durée de la phase posturale et mené à des variations des actions des muscles du haut du tronc (sternocléidomastoïdien et trapèze supérieur) et de la cuisse (vaste médial), ainsi qu'à une vitesse verticale maximale plus importante lors de l'extension des membres inférieurs. Lorsque le champ avant était occupé par une rangée de sièges, la stratégie de STS s'est révélée modifiée, avec les muscles jambiers et les extenseurs du tronc plus actifs en phase posturale, action associée au contrôle plus strict du mouvement, et les muscles droit fémoral et tibial antérieur (plan ventral) plus actifs en phase focale pour l'extension. Cette stratégie plus coûteuse a permis d'obtenir une vitesse verticale à la décharge du siège plus importante, compensant la vitesse horizontale plus faible. Ces résultats mettent en avant les adaptations à des contraintes variées des paramètres de la phase posturale pour la réussite de la tâche de transfert assis-debout. Les caractéristiques étudiées sont également liées au confort statique ressenti par le sujet. Ainsi, les caractéristiques optimales tenant compte également de la performance dynamique et permettant un compromis avec celle-ci peuvent être déduites. Ces travaux amènent donc un nouvel éclairage sur le contrôle du STS, avec des implications directes sur l'ergonomie des différentes catégories de sièges, et en particulier ceux utilisés pour le transport aérien.

Sit-to-stand transfer (STS) is a task executed multiple times a day. It is a prerequisite for walking and is fundamental for independence. This task requires fine coordination between the linked body segments and a precise muscular pattern. Although it has been studied by different means (dynamics, kinematics, EMG), there is still a lack of standardization regarding its determinants. STS transfer can be separated into two main phases, a postural phase where trunk flexion occurs and a focal phase when lower limb extension takes place. STS is affected by seat parameters, some of which (e. g. height and armrests) have been studied, but most of them have to our knowledge not been given attention. In particular, ergonomic parameters related to sitting seem to enter into duality with STS. The aim of this thesis was to evaluate the influence of backrest reclination, covering foam density and the presence of a row of seats at the front on STS biomechanical (ground reaction forces) and electromyographic parameters. Reclining the backrest led to modifications in the muscular activity in the postural phase, mainly trunk muscles, with limited effect on the focal phase. Higher cushion foam density shortened the postural phase duration and modified the activity levels of the upper trunk muscles and knee extensor during this phase. It also allowed for a higher vertical velocity peak in the focal phase. Adding a row of seats which limited the free space at the front caused a modification of the STS strategy, with lower leg muscles and thoracic extensors more active in the postural phase, suggesting a more controlled movement, and anterior muscles of the lower limbs more active in the focal phase. This costly strategy allowed for a higher vertical velocity at seat-off, to compensate for the weaker forward velocity reached. Those results highlight the adaptations to various constraints of the postural phase parameters for a successful STS transfer. The ergonomic parameters studied are mostly associated with known static considerations while maintaining a sitting posture. Thus, optimal characteristics considering the dynamic aspect of STS as well and allowing for a balance between those 2 aspects can be deducted. This work sheds a new light on STS control and has direct implications for seat design, in particular for air travel.