Effet d'une exposition prolongée aux vibrations sur les vertèbres lombaires des chauffeurs

• Main Author: Ayari, Houcine
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2009
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/23/1/AYARI_Houcine.pdf; http://espace.etsmtl.ca/23/4/AYARI_Houcine%2Dweb.pdf

L'imposition de vibrations a I'ensemble du corps humain peut etre une source d'inconfort ou de dommages pour la sante, selon I'amplitude, la frequence, la duree d'exposition, le type d'ossature, la densite osseuse, le poids corporel et la posture. La litterature fait etat de multiples causes pouvant declencher des problemes de maux de dos. De nombreuses etudes font mention que ces problemes sont constates, entre autre, parmi une population exposee, a long terme, a des charges vibratoires dans le transport (tracteurs, camions, autobus, metro, autres vehicules industriels, etc.). II existe deux courants de pensee non exhaustifs en ce qui a trait aux maux de dos provenant possiblement des vibrations: I'hypothese que ces maux sont dus aux lesions des tissus mous (disque, muscles) et I'hypothese qu'ils sont dus aux dommages des os. La plupart des recherches experimentales ont montre que, sous un chargement dynamique compressif, les dommages apparaissent le plus souvent au niveau du corps vertebral. En effet, I'exposition du rachis lombaire aux vibrations mecaniques, notamment chez les conducteurs, sollicite la partie lombaire a la compression simple; un tel chargement minimise les lesions discales puisque differentes modelisations des effets mecaniques sur le disque intervertebral ont permis de conclure que I'hernie discale se produit principalement sous I'effet d'efforts de torsion ou d'efforts de flexion couples a des efforts d'inclinaison laterale. Les contraintes dynamiques generees peuvent etre a I'origine d'apparition et de cumul de micros-fissures dans I'os spongieux ainsi que dans les plateaux cartilagineux (conduisant au dommage par fatigue des os) et ceci malgre le potentiel de remodelage de I'os. Avec I'hypothese que les maux de dos chez les conducteurs proviennent essentiellement des dommages des os, une recherche a ete effectuee dans le but de determiner les limites d'exposition aux vibrations a long terme. Nous avons developpe deux modeles, I'un statistique et 1'autre parametrique par elements finis pour etudier les effets des vibrations sur les vertebres du rachis lombaire des conducteurs. Une analyse statistique a demontre que, du fait de Tinhomogeneite densimetrique et stmcturale des vertebres entre les individus et du fait que la resistance osseuse depend de la densite osseuse et de la continuite du reseau trabeculaire qui change avec I'age, on ne peut pas considerer que le comportement en fatigue des vertebres depende uniquement de I'excitation appliquee. Base sur les resultats de tests de fatigue pubhes, un modele statistique reliant la contrainte appliquee, I'age et la densite osseuse au nombre de cycles a la mpture des vertebres a ete developpe. Cette etude a justifie I'hypothese que la densite osseuse et I'age, outre la contrainte appliquee, ont un effet sur la fatigue du rachis. Aussi, ce modele a ameliore la prediction de la duree de vie des vertebres testees dont le coefficient de determination R^ a monte de 20% a 70%. Un modele parametrique par elements finis des vertebres du rachis, developpe dans le cadre de cette these, a permis, dans im premier volet, de calculer les frequences et les modes propres de I'unite vertebrale et du rachis et d'evaluer I'etat de contraintes pour differents niveaux d'accelerations, correspondant a I'excitation de la route. Dans un deuxieme volet, une etude de I'influence des parametres: posture, corpulence, densite apparente de I'os spongieux, aire des vertebres, taux d'amortissement du disque intervertebral, poids des individus et amplitude de I'acceleration du siege a la resonance des vertebres sur un facteur risque de dommage (FRD), developpe par nos soins, a ete realisee, selon la methode des plans d'experiences. L'effet de I'age a ete considere comme representant une diminution de la densite osseuse et du taux d'amortissement des disques intervertebraux. Une limite de 30%o du FRD a ete consideree comme crifique afm de considerer l'effet de fatigue a long terme. L'effet de la densite osseuse, de I'amortissement et du poids des individus a ete mis en evidence. Finalement, un modele de prediction de la duree de vie des vertebres du rachis en a resulte. Une analyse de fatigue a demontre qu'une acceleration de 2 m/s , correspondant aTa limite de 30%), pouvait etre consideree comme une limite a ne pas depasser pour eviter le risque de dommage. Par ce travail, nous avons mis en evidence que le risque de fracture par fatigue peut etre observe sur les plateaux cartilagineux et sur I'os spongieux. Le modele de fatigue peut etre utilise comme un outil predictif pour calculer le risque encoum dans les vertebres lorsqu'un chauffeur est soumis a des vibrations verticales en position assise. Cependant, ce modele de fatigue n'a pu etre valide pour les basses amplitudes de vibration (fatigue par endurance) vu le manque de donnees dans la litterature sur la limite d'endurance des vertebres du rachis