Analyse du mouvement d’accessibilité au poste de conduite d’une automobile en vue de la simulation - Cas particulier des personnes âgées
Présentée devant L’institut national des sciences appliquées de Lyon
Pour obtenir Le grade de docteur
Formation doctorale : Génie Mécanique – Option Biomécanique École doctorale : École doctorale MEGA de Lyon
Par Elodie Chateauroux (Ingénieur) Soutenue le devant la Commission d’examen
Jury MM. Co-directeur Jean-Pierre Verriest Directeur de recherche (INRETS) Co-directeur Xuguang Wang Directeur de recherche (INRETS) Rapporteur Philippe Gorce Professeur (Université du Sud-Toulon-Var) Rapporteur Franck Multon Professeur (Université Rennes 2) Examinateur André Thévenon Professeur (Université Lille 2) Examinateur Lionel Maiffredy Maître de Conférence (INSA de Lyon) Invité Philippe Pudlo Maître de Conférence (Université Valenciennes) Invité Jules Trasbot RENAULT
Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs (LBMC)
Analyse du mouvement d’accessibilité au poste de conduite d’une automobile en vue de la simulation - Cas particulier des personnes âgées
Résumé
Cette étude se place dans le contexte des mannequins numériques utilisés, dés les premières phases de conception, pour tester l’ergonomie d’environnements comme un véhicule automobile. Ces nouveaux outils ne tiennent pas encore compte du vieillissement dans la population ...
N° d’ordre : 2009-ISAL-0037 Année 2009
Thèse
Analyse du mouvement d’accessibilité au
poste de conduite d’une automobile en vue de
la simulation
-
Cas particulier des personnes âgées
Présentée devant
L’institut national des sciences appliquées de Lyon
Pour obtenir
Le grade de docteur
Formation doctorale : Génie Mécanique – Option Biomécanique
École doctorale : École doctorale MEGA de Lyon
Par
Elodie Chateauroux
(Ingénieur)
Soutenue le devant la Commission d’examen
Jury MM.
Co-directeur Jean-Pierre Verriest Directeur de recherche (INRETS)
Co-directeur Xuguang Wang Directeur de recherche (INRETS)
Rapporteur Philippe Gorce Professeur (Université du Sud-Toulon-Var)
Rapporteur Franck Multon Professeur (Université Rennes 2)
Examinateur André Thévenon Professeur (Université Lille 2)
Examinateur Lionel Maiffredy Maître de Conférence (INSA de Lyon)
Invité Philippe Pudlo Maître de Conférence (Université Valenciennes)
Invité Jules Trasbot RENAULT
Laboratoire de Biomécanique et Mécanique des Chocs (LBMC)
Analyse du mouvement d’accessibilité au poste de conduite d’une
automobile en vue de la simulation - Cas particulier des personnes
âgées
Résumé
Cette étude se place dans le contexte des mannequins numériques utilisés, dés les
premières phases de conception, pour tester l’ergonomie d’environnements comme un
véhicule automobile. Ces nouveaux outils ne tiennent pas encore compte du vieillissement
dans la population. Les mouvements d’entrée et de sortie sont des mouvements complexes
particulièrement problématiques pour les seniors. Cette thèse a pour but d’analyser les
mouvements d’accessibilités de personnes âgées pour 1/ mieux comprendre leurs difficultés,
2/ pouvoir simuler ces mouvements au moyen d’un mannequin numérique.
Dix huit sujets âgés et 7 sujets jeunes ont participés aux expérimentations. Des mouvements
d’entrée et de sortie de quatre véhicules ont été capturés et les notes d’inconfort sont
recueillies par un questionnaire. De plus, les effets du vieillissement sont différents d’une
personne à l’autre, les sujets âgés ont donc passé une série de tests dans le but d’évaluer
leurs capacités fonctionnelles. Ces tests sont utilisés pour définir 3 groupes de sujets : ceux
qui ont un problème fonctionnel, ceux qui ont des capacités « médiocres » et ceux qui ont de
bonnes capacités fonctionnelles.
Les mouvements d’entrée et de sortie sont analysés par le biais des interactions entre le
sujet et l’environnement dans le but de définir les contraintes liées à la géométrie du
véhicule. Deux grandes stratégies sont observées pour les mouvements d’entrée et pour
ceux de sortie. Les stratégies d’entrée et sortie « S’Assoit D’abord » et « Deux Jambes
Ensemble » ont tendance à être utilisées par des personnes ayant des problèmes
fonctionnels. Les stratégies « Jambe Droite la Première » et « Jambe Gauche la Première »
sont respectivement les stratégies d’entrée et de sortie les plus observées quelles que soient
les capacités fonctionnelles. Ces mouvements sont découpés en phases pour lesquelles des
sous-stratégies sont définies. Les interactions entre les mains et l’environnement semblent
jouer un rôle très important. Des mécanismes de compensation sont observés dans les
mouvements des personnes ayant des problèmes fonctionnels.
Les questionnaires d’inconfort montrent que les personnes âgées rencontrent plus de
problèmes en sortant qu’en entrant dans les véhicules. Les notes d’inconfort sont
influencées par les capacités fonctionnelles des sujets mais les résultats sont très
hétérogènes. Une explication proposée est que ces notes reflètent essentiellement les
préférences des sujets en termes d’accessibilité automobile. Un examinateur extérieur serait
donc mieux à même d’évaluer les difficultés des personnes âgées.
Les mouvements capturés sont structurés dans des bases de données dans le but de
simuler les mouvements d’accessibilité de personnes âgées à l’aide du logiciel RPx.
Mots clés : mannequin numérique, ergonomie, mouvement, simulation, accessibilité,
inconfort, capacités fonctionnelles, vieillissement.
Analysis of the accessibility movement to a car driver seat – Focus on
the older driver case
Abstract
This study takes place in the context of Digital Human models used to test the ergonomics of
environments such as automotives in the earliest stages of the design process. Yet, these
tools do not take into account the aging of the population. The car ingress and egress
motions are particularly problematic for seniors. This thesis aims at analysing car accessibly
movements of elderly people in order to 1/ better understand their difficulties and 2/ simulate
these motions using a digital human model.
Eighteen elderly and 7 young subjects participated in the experiment. Ingress and egress
motions were captured for four types of vehicle and discomfort ratings were collected by a
questionnaire. As age effects differ from one person to another, the functional capacities
were measured using clinical tests to draw a portrait of the abilities of each elderly subject.
Results of these tests are used to define 3 groups of people: those who have a functional
problem, those with “mediocre” capacities and those who have good capacities.
Ingress and egress motions are analysed through the interaction between the subject and
the environment in order to define the constraints linked to vehicle design. Two major
strategies have been observed for the ingress and egress movements. The strategies “Sit
First” and “Two Legs Out” are used by people with functional problems.
The strategies “Right Leg First” and “Left Leg First” are the most observed ingress and
egress strategies, regardless of functional capacities. These movements are decomposed
into phases for which sub-strategies are defined. The interactions between the hands and
the environmental seem to play an important role. Compensation mechanisms are observed
in the movements of persons with functional problems.
The discomfort questionnaires show that elderly subjects face more problems when exiting
than when entering a car. Discomfort ratings are influenced by the functional abilities of
subjects but the results are very heterogeneous. An explanation would be that these ratings
also reflect the preferences of subjects in terms of car accessibility. An external examiner
would then better assess the difficulties of elderly people.
The captured movements are structured in databases in order to simulate the accessibility
movements of elderly using the RPx software.
Key Words: Digital Human Model, ergonomics, movements, simulation, accessibility,
discomfort, ageing, functional capacities.
Remerciements
Je tiens en premier lieu à remercier Xuguang Wang pour tout ce qu’il m’a appris depuis mon
arrivée à l’INRETS en Master, pour son encadrement et son amitié au cours de ces 4
années.
Je remercie également Jean-Pierre Verriest pour tous ces conseils, pour l’intérêt qu’il a
manifesté pour mon utilisation de MAN3D et bien sûr pour la conférence en Algérie où je me
suis rendue à sa place.
Je remercie les rapporteurs ainsi que les membres du jury pour le temps qu’ils ont consacré
à lire et critiquer ce travail.
Je tiens ensuite à remercier les membres du consortium HANDIMAN : Philippe Pudlo, Yidir
Ait El Menceur, Maud Bassement, Nicolas Découfour et Jean-François Debril du LAMIH, le
professeur André Thévenon et l’équipe du SMPR du CHU de Lille, Jules Trasbot et Vincent
Beauvivre de RENAULT SA, Philippe Gorce et Patrice Bendahan du LESP.
Merci à mes relectrices de luxe d’avoir réussi à rendre ce document plus lisible.
Je remercie également les membres de l’équipe d’ergonomie du LBMC pour leur
collaboration très enrichissante : Gilles Monnier, François Fraysse, Thomas Robert, Julien
Causse, Gorges Beurrier, Claude Dolivet, Adriana Savescu, Mickael Hetier, Nicolas
Chevalot, Caroline Barelle et Pierre-Yves Laduron.
Puis je remercie toutes les personnes du laboratoire ainsi que celles de l’INRETS. J’ai passé
4 années très agréables parmi eux. Je pense particulièrement à tous les sportifs du midi :
joueurs de badminton, coureurs ou nageurs.
Enfin, un grand merci à ma famille et à mes amis pour leur soutien.
Table des matières
Table des matières
1. Introduction ....................................................................................................................... 15
1.1. Contexte de l‘étude .................................... 16
1.1.1. Vieillissement de la population ............ 16
1.1.2. Mannequins numériques utilisés en ergonomie ................... 17
1.2. Le Projet HANDIMAN ................................................................. 19
1.3. Objectifs de la thèse ................................... 20
1.4. Organisation du document ......................... 21
Annexe 1-1 : Pourcentage de la population âgée de 65 et plus dans les pays membres de
l‘OCDE (OCDE, 2001) .......................................................................... 22
2. Vieillissement et mouvement ............................. 23
2.1. Introduction ................................................ 24
2.2. Effets du vieillissement affectant la motricité .............................. 24
2.2.1. Anthropométrie.................................................................... 24
2.2.2. Arthrose .............. 25
2.3. Vieillissement du système neuromusculaire ............................... 25
2.4. Vieillissement du système sensoriel ........................................... 25
2.5. Effets du vieillissement sur la performance motrice .................... 26
2.5.1. Stabilité posturale chez les personnes âgées ...................... 26
2.5.2. Marche des personnes âgées ............................................. 27
2.5.3. Transition d‘une posture assise à une posture