TRAVAIL - Physiologie

TRAVAIL - Physiologie

La physiologie du travail, branche spécialisée de la physiologie, s’intéresse au fonctionnement de l’organisme engagé dans une activité physique ou mentale. Une partie des connaissances acquises l’ont été sur l’animal, mais c’est l’homme qui est son principal sujet d’intérêt. Celui-ci peut se trouver impliqué dans des activités sportives , à la recherche d’une performance maximale, ou dans des tâches professionnelles , où le niveau d’activité, pas trop élevé, reste compatible avec toute une vie de labeur. Dans de nombreux cas, l’homme exerce son activité dans un environnement inhabituel et défavorable: travail au chaud ou au froid, en altitude ou en hyperbarie, en apesanteur, etc. La physiologie du travail se propose la connaissance des règles générales de fonctionnement du système musculaire, envisagé comme un transformateur d’énergie et un générateur de force, et, ce qui est beaucoup plus difficile, du système nerveux considéré comme un organe qui traite l’information, prend des décisions et assure la commande de l’activité motrice. La poursuite d’une activité physique nécessite la mise en jeu de nombreuses adaptations (circulatoires, respiratoires, nutritives) assurant les besoins du muscle et le maintien d’une certaine constance du milieu intérieur. L’étude de ces adaptations a dégagé des indices objectifs précieux pour juger de l’effet du travail sur l’organisme. Ces indices permettent d’établir quelles sont les capacités maximales d’un individu pour différents types d’activités et de classer celui-ci par rapport aux autres. Ils permettent également l’amélioration du rendement de la machine humaine sur des bases scientifiques. En ce sens, la physiologie du travail peut être considérée comme une science à la fois fondamentale et appliquée.

Associée à d’autres sciences du travail (psychologie, psychosociologie, médecine...), la physiologie du travail a fortement contribué à l’étranger, puis en France, à la création d’une discipline nouvelle, l’ergonomie.

Les origines

Les premières recherches expérimentales consacrées à l’activité physique sont dues à E. J. Marey, qui publie en 1873 La Machine animale , étude comparée de la locomotion chez diverses espèces, menée à l’aide de méthodes nouvelles tels la chronocyclographie et l’enregistrement de la pression exercée par le pied sur le sol. Puis s’illustrent simultanément, en 1891, le physiologiste italien A. Mosso, par son étude ergométrique de la fatigue musculaire, et, en France, A. Chauveau, qui établit les premières lois du fonctionnement musculaire et de la dépense énergétique. Ce dernier présente en 1904 une série de publications sous la rubrique Physiologie appliquée à l’économie sociale dans la recherche des meilleures conditions de la production du travail des moteurs animés .

De nombreuses études sont entreprises à la fin du siècle dernier et au début du XX^e sur l’énergétique du travail musculaire: N. Zunz et M. Rubner en Allemagne, W. D. Atwater et F. G. Benedict aux États-Unis, J. Lefèvre et J. Amar en France. Ce dernier publie en 1914 Le Moteur humain , ouvrage d’un grand retentissement, qui a été traduit ultérieurement en anglais, en allemand, en russe et en japonais. Amar est le premier à s’intéresser aux différents aspects physiologiques du travail et des gestes industriels et à la réadaptation des handicapés au travail; il poursuit ses études expérimentales de 1913 à 1920 au Laboratoire de recherche sur le travail professionnel créé pour lui au Conservatoire national des arts et métiers à Paris.

La première moitié du XX^e siècle est marquée par le développement d’investigations systématiques des modifications respiratoires et circulatoires qui accompagnent l’exercice musculaire réalisé en laboratoire sur bicyclette ergométrique ou sur tapis roulant (M. Krogh et A. Lindhard), où les activités de type sportif (E. Asmussen et E. H. Christensen). En 1923, le physiologiste anglais A. V. Hill reçoit le prix Nobel pour ses travaux sur la production de chaleur par le muscle. En 1930, D. B. Dill crée à l’université Harvard le Laboratoire de la fatigue. Les travaux qui s’y déroulent dans les dix années suivantes sont à l’origine des principaux tests d’aptitude à l’exercice musculaire général.

Parallèlement sont entreprises des recherches de physiologie appliquée au travail industriel, M. Rubner fonde en 1913, à Berlin, l’Institut Kaiser Wilhelm de physiologie du travail, qui deviendra ultérieurement à Dortmund l’Institut Max Planck pour la physiologie du travail dirigé par G. Lehmann et E. A. Müller. Membre du Laboratoire de la fatigue à Harvard, L. Broua est le premier à introduire les mesures de ventilation pulmonaire et de fréquence cardiaque dans les ateliers montrant que l’organisation du travail et des pauses peut s’appuyer sur des tests physiologiques simples; il relate son expérience dans Physiology in Industry publié en 1955. En France, l’intérêt pour les problèmes humains du travail se concrétise dans la création en 1933 par H. Laugier de la revue de physiologie et psychologie du travail: Le Travail humain .

Depuis la Seconde Guerre mondiale ont été créés des laboratoires de physiologie sportive (Institut national des sports) et de physiologie du travail au sein des universités ou organismes de recherche (Centre national de la recherche scientifique, Conservatoire national des arts et métiers, École pratique des hautes études) et des grandes entreprises nationalisées (Régie nationale des usines Renault, Charbonnages de France. Organisme national de sécurité routière). Le développement de l’informatique, l’introduction de l’automation et de la robotique dans les processus de production, le travail sur terminal d’ordinateur ont provoqué une poussée vers des recherches nouvelles. Plus récemment, l’intérêt s’est porté sur les conditions de travail des personnels des établissements hospitaliers. La prise en considération des problènes physiologiques et psychologiques du travail industriel est à l’origine de diverses sociétés scientifiques: Human Factor Society aux États-Unis (1959), Ergonomics Research Society en Angleterre (1950), Société d’ergonomie de langue française (1962).

Les méthodes

De nombreuses méthodes sont mises en œuvre pour décrire l’activité musculaire de l’homme, apprécier la dépense énergétique qu’elle entraîne, les réactions d’adaptation qu’elles nécessite, et pour tenter de saisir les processus de fonctionnement du système nerveux central.

La motricité musculaire

L’observation directe, la photographie et le film donnent une bonne description des postures, des déplacements du corps ou des gestes qui caractérisent chaque type d’activité physique. Le cinéma ultrarapide, à 3 000 images par seconde, est par exemple utilisé pour l’étude de performances sportives tel le saut à ski (Nelson). La chronocyclographie, imagée par Marey, consiste à placer des repères lumineux au niveau des articularions pour enregistrer le chemin parcouru par les divers segments de membres au cours d’une séquence gestuelle. La vitesse de déplacement à chaque moment peut être connue en ayant recours à des lampes à éclats régulièrement espacées ou aux méthodes ultrasoniques (effet Doppler).

Le maintien d’une posture ou l’exécution d’un geste se traduisent par la réaction du corps humain sur le milieu extérieur: l’enregistrement de la force exercée, par un dynamomètre à ressorts ou par une jauge de contrainte, donne une dimension quantitative à la description du geste. L’électromyographie est d’utilisation courante pour extérioriser le déroulement dans le temps et le degré d’activité de chacun des muscles qui participent à l’exécution d’un mouvement. L’enregistrement est obtenu à partir de deux électrodes réceptrices collées sur la peau en regard des muscles actifs. La capacité d’analyse des mouvements a été considérablement augmentée par l’utilisation des microprocesseurs.

La dépense énergétique

La mesure de la dépense énergétique permet d’apprécier ce que coûte à l’organisme le travail musculaire. Elle est réalisée à partir des échanges respiratoires: chaque litre d’oxygène consommé correspond à environ 20 kilojoules. L’étude de la dépense énergétique chez l’homme a également été pratiquée par calorimétrie directe (mesure des calories dégagées) et par calorimétrie alimentaire (détermination de l’énergie potentielle contenue dans les aliments ingérés chaque jour). La mesure ou l’estimation du travail mécanique fourni, rapprochée de celle de la dépense énergétique conduit au calcul du rendement du travail musculaire, voisin en général de 20 p. 100.

Pour apprécier la nature exacte des éléments mis en œuvre par le muscle en activité,on compare la composition du sang artériel qui lui parvient et celle du sang veineux qui en ressort. Depuis plusieurs années, les chercheurs suédois ont mis au point une technique de prélévement biopsique; on enfonce une aiguille dans le muscle qui travaille et on ramène un échantillon de 1 millimètre cube de muscle, qui est analysé.

Les adaptations générales

L’apport nutritif au muscle et les échanges respiratoires cellulaires sont assurés par les appareils pulmonaire et cardiocirculatoire, qui déterminent respectivement un débit ventilatoire et un débit sanguin, dont les valeurs sont proportionnelles au travail effectué. La mesure du volume d’air ventilé, de la fréquence cardiaque et de la pression artérielle permet d’apprécier à la fois l’intensité de l’activité physique et les difficultés que ressent l’organisme vis-à-vis d’un milieu extérieur qui lui est défavorable (travail à la chaleur ou en altitude, par exemple).

L’enregistrement de la fréquence cardiaque au cours du travail est réalisé par télémétrie ou sur cassette portée par le sujet (méthode de Holter). Des appareillages récents permettent la surimpression des valeurs instantanées de fréquence cardiaque sur les séquences de travail enregistrées sur magnétoscope. L’ergonome ou le médecin du travail peut ainsi attribuer à certaines opérations les valeurs de fréquence cardiaque jugées excessives.

Le travail psychosensoriel

La prise d’informations dans le milieu extérieur se fait par l’intermédiaire des organes des sens, dont l’acuité peut être testée. Ainsi, par exemple, l’exposition habituelle au bruit détermine-t-elle une baisse d’acuité auditive, temporaire après quelques heures (fatigue auditive) ou définitive après plusieurs mois (surdité). Des études concernant la surdité professionnelle ont amené à considérer le seuil de 85 décibels comme ne devant pas être normalement dépassé. Dans le cas contraire, on tient compte à la fois du niveau de bruit et du temps d’exposition.

Les mesures de temps de réaction apprécient le temps mis par le sujet pour élaborer une réponse motrice donnée lorsqu’un signal significatif est perçu. Les épreuves de double choix permettent de déterminer le temps mis par le sujet à choisir entre deux réponses possibles en fonction de la signification des signaux reçus.

Le physiologiste tente d’appréhender les modifications objectives qui surviennent dans le fonctionnement du système nerveux central, mais il s’agit d’une approche délicate et difficile avec les techniques actuelles. Tout au plus peut-il enregistrer l’activité électrique du cortex cérébral (électro-encéphalographie) ou tester les voies sensibles qui conduisent au cortex (potentiels évoqués cérébraux).

Appréciation de la capacité du travail

Les épreuves d’aptitude au travail musculaire ou psychosensoriel permettent de porter un jugement sur un individu ou sur une population, de les classer par rapport à d’autres et de décider si leurs capacités sont compatibles avec une tâche donnée.

Certains tests sont basés sur la performance maximale réalisée par le sujet: temps minimal pour courir sur une distance donnée, hauteur maximale de saut, force maximale exercée par un muscle, temps maximal de maintien d’une charge, quantité de travail maximale réalisée avant apparition de la fatigue ^{[cf. FATIGUE]}, consommation maximale d’oxygène par unité de temps. Dans le cas d’un travail psychosensoriel, on s’intéresse au seuil de perception sensitivo-sensorielle, aux temps de réaction, à la capacité de discrimination entre signaux voisins, en nature ou en intensité, ou rapprochés dans le temps. Le sujet le plus apte est celui dont la performance est la meilleure en valeur absolue ou relative.

D’autres tests considèrent les réactions ventilatoires ou cardiaques au cours ou immédiatement après une activité musculaire. Chaque individu est soumis à une même épreuve; les réactions d’adaptation sont plus ou moins marquées: le sujet le plus apte est celui dont les réactions sont les moindres. L’une des épreuves la plus pratiquée a été le step test de Harvard: le sujet doit escalader un escabeau de hauteur donnée à fréquence imposée pendant un certain temps. Dès la fin de l’exercice, la fréquence des pulsations cardiaques est mesurée à intervalle régulier. Les valeurs obtenues, rapprochées de celles déterminées au repos avant l’épreuve, servent au calcul d’un indice d’aptitude physique.

Le test de Rufflé inclut un exercice de flexions répétées sur les jambes; mais il s’agit d’un test léger, ne permettant que de juger d’une aptitude minimale; les résultats à ce test renseignent peu sur l’aptitude à une activité prolongée. D’autres épreuves sont pratiquées à l’ergomètre, sur un bicycle ergométrique ou sur un tapis roulant. Les épreuves sur ergocycle sont destinées à apprécier la puissance aérobie maximale de l’organisme, c’est-à-dire celle qui est fondée sur la capacité maximale de l’organisme à prélever, au niveau des poumons, l’oxygène qui est ensuite transporté par la circulation jusqu’aux muscles actifs. Cette détermination est effectuée chez les sportifs par méthode directe: le sujet examiné est soumis à des exercices de puissance croissante; l’oxygène consommé croît avec celle-ci jusqu’à un maximum. Dans le cas du travail professionnel (manutention, industrie lourde...), il est préférable de déterminer cette capacité maximale de façon indirecte, en se fondant sur les réactions cardiaques observées au cours d’exercice de puissance dite sous-maximale. Certains tests prennent en compte non seulement la fréquence cardiaque, mais aussi la pression artérielle.

Application à l’entraînement

L’amélioration de l’aptitude au travail obtenue par l’entraînement intéresse à la fois le sportif et le travailleur. La répétition d’épreuves d’aptitude avant et après la séance d’entraînement permet d’apprécier une certaine fatigue qui en résulte; après une période d’entraînement de plusieurs semaines ou mois, la comparaison invite à conclure sur l’efficacité de celui-ci.

Pour le sportif, il s’agit d’obtenir une meilleure performance. Jouissant d’une aptitude physique donnée, chaque sujet peut améliorer la qualité des gestes qu’il réalise en acquérant une meilleure coordination musculaire et en supprimant l’intervention de muscles accessoires: le rendement de l’activité musculaire augmente. De plus, l’entraînement améliore la capacité physique elle-même: les muscles augmentent de taille et sont mieux irrigués, la capacité des muscles respiratoires et du muscle cardiaque favorise un meilleur approvisionnement des muscles squelettiques.

Le problème est un peu différent pour le travailleur de l’industrie. La vie sédentaire des pays fortement industrialisés tend à faire diminuer la capacité physique globale de la population. Pour réaliser une tâche de niveau donné, il devient donc nécessaire de mettre en jeu une fraction croissante de sa capacité de travail, ce qui correspond à une augmentation des risques de fatigue professionnelle. La pratique d’une activité physique suffisante permet donc au travailleur de mieux supporter sa tâche. La conséquence pratique devait être de lui fournir de meilleures conditions de vie et non de le contraindre à un travail supplémentaire.

Physiologie du travail industriel et ergonomie

«La physiologie industrielle a pour objet de contribuer à réduire – et si possible à prévenir – les effets nocifs, des conditions de travail sur l’organisme. Pour ce faire, elle tend à chiffrer les répercussions physiologiques des activités professionnelles et, par la connaissance des seuils admissibles pour les différentes fonctions physiologiques, à déterminer les limites des conditions matérielles du travail» (S. Bouisset).

Ainsi, l’étude des réactions physiologiques de l’homme au travail permet-elle:

– de classer les postes de travail les uns par rapport aux autres: leur «pénibilité» est d’autant moindre que les réactions physiologiques sont faibles;

– de choisir entre deux procédés de fabrication celui qui est le plus acceptable pour l’homme;

– d’évaluer en laboratoire la pénibilité probable d’un nouveau poste de travail;

– de vérifier l’efficacité des améliorations apportées à un poste initialement mal conçu, en se fondant sur des critères physiologiques; de nombreux postes de travail ont ainsi été transformés, les modifications portant sur les caractéristiques de dimension, d’ambiance ou de rythme d’activité;

– de prendre conscience de la diminution de l’aptitude physique avec l’âge ou la maladie et d’envisager les changements de postes qui s’imposent; parfois l’inaptitude au travail peut être déclarée, entraînant une retraite anticipée.

L’évaluation de la charge de travail

L’évaluation de la charge de travail repose sur un inventaire précis des facteurs de charge dénommés contraintes , par opposition aux réactions diverses de l’organisme appelées astreintes .

On désigne sous le terme de contraintes primaires celles qui s’exercent sur le lieu du travail: elles concernent le poste de travail au sens large. À cet égard trois éléments interviennent:

– la tâche : la description du travail à réaliser considère les aspects musculaires de celui-ci (déplacements, maintien postural, activités des membres supérieurs, manutention de charges) et ses aspects informatiques (prise d’informations visuelles ou auditives, reconnaissance des signaux, décision, réponse motrice consécutive). La description quantitative se fait en terme de nombre d’opérations réalisées par unité de temps, durée et horaire de travail, rythme de travail libre ou imposé, pic d’activité.

– l’ambiance de travail : la tâche peut être réalisée dans le bruit, la chaleur ou l’humidité, éventuellement à l’altitude ou aux intempéries (chantiers publics). L’évolution dans des espaces restreints, le port de vêtement de protection constituent des facteurs de charges supplémentaires, en ce sens qu’ils rendent plus difficile la mobilité du sujet, brident les gestes et imposent des contraintes posturales supplémentaires.

– l’insertion socio-technique : la situation du travailleur dans l’entreprise touche plus à la sociologie et à la psychologie qu’à la physiologie. Les difficultés dans les rapports entre individus, entre le travailleur et la maîtrise ou la direction peuvent ajouter à la charge de travail.

L’élément important est l’effet cumulatif des facteurs de charges qui, pris isolément, seraient facilement supportés mais ne le sont plus dès lors qu’ils se trouvent associés.

Les contraintes secondaires sont celles qui s’exercent en dehors de l’entreprise, sans rapport direct avec la production industrielle et pour cette raison très souvent négligées. Elles sont le fait de la longueur des trajets entre le domicile et le lieu de travail (de une à deux heures dans les grandes villes), le confort des moyens de transport utilisés (individuels ou collectifs), les tâches domestiques pour les femmes, le jardinage pour les hommes, le travail noir souvent justifié par des salaires insuffisants ou des besoins provisoirement accrus (jeune ménage). Les activités sportives ou de loisirs représentent soit un élément allégeant, soit un élément aggravant la charge de travail par l’intensité de la dépense énergétique (entraînement sportif intense), ou par le temps pris sur la journée (lectures, radio, télévision, jeux). Les conditions de logement permettant un repos efficace, le climat familial, le temps et l’argent qui peuvent être consacrés aux vacances sont aussi à prendre en compte.

La description des facteurs de charge sur le terrain est donc beaucoup plus difficile que dans les conditions du laboratoire. Sont particulièrement déterminants l’accumulation des contraintes (effets croisés possibles des contraintes primaires et secondaires), le rétrécissement du budget temps, laissant peu de place aux loisirs, l’incertitude sur le contrat de travail et les changements non prévisibles des horaires de travail.

La charge relative de travail

Elle est déterminée par comparaison entre les réactions physiologiques observées, d’une part au cours de tests d’aptitude maximale, et d’autre part lors des activités professionnelles considérées. La charge de travail ne peut être considérée sans référence à la capacité de travail maximale: telle tâche peut être légère pour les uns, alors qu’elle est lourde pour les autres. La charge relative de travail se définit donc comme la fraction de la capacité d’un individu mobilisée pour accomplir une tâche.

Encyclopédie Universelle. 2012.