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Le travail humain
P.U.F.

I.S.B.N.2130515894
96 pages

p. 29 à 44
doi: en cours

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Volume 64 2001/1

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Évaluation de l’astreinte thermique à l’aide de la fréquence cardiaque

J.-P. Meyer INRS, Département Homme au Travail, av. de Bourgogne, 54500 Vandœuvre. E-mail : meyer@ inrs. fr. C. Martinet Association lorraine de médecine du travail, place de la Carrière, 54000 Nancy. L. Payot Association pour la santé au travail d’Épinal et sa Région, 2, place Jeanne-d’Arc, 88004 Épinal Cedex. G. Didry INRS, Département Homme au Travail, av. de Bourgogne, 54500 Vandœuvre. F. Horwat INRS, Département Homme au Travail, av. de Bourgogne, 54500 Vandœuvre.

Résumé de l'article

Thermal strain remains difficult to quantify in actual work conditions despite the standardization of several strain models. Indeed, occupational physicians must record numerous parameters in order to use these models, which makes them difficult to apply. In addition, these models are appropriate only in cases of long lasting exposure. In exposures shorter than one hour, which are the most frequent at the workplace, the time limit values (TLV) computed by these models appear unsafe. The purpose of this study was to show that the recording of heart rate (HR) allows a simple determination of safe TLV. In this study, rest HR increases due to thermal strain (EPCT) were recorded on 98 workers during 131 actual work periods representing 18 different work situations. The EPCT is the difference in beats per minute (bpm) between the mean HR of the 3rd, 4th and 5th minutes of rest after the end of the exposure and sitting at rest HR before the exposure.
In this field study, oral temperature was considered as a good index of core temperature. Variation in oral temperature (dtbu) from the beginning to the end of the heat exposure is related to EPCT : dtbu = 0,032 EPCT. This relationship is significant (p < .0001) and the standard error of the estimation (see) is 0,18 ^oC. Because this study was conducted on a large sample of workers, the results allow to compute a safety limit of EPCT which protects 95 % of the population against an increase of core temperature greater than 1 ^oC. Thus, maximal mean dtbu increase is given by : mean + 1,65 see equals 1 ^oC. The mean dtbu increase must then be lower than 0,7 ^oC (1 – (1,65 . 0,18)) which corresponds to a maximal EPCT increase (0,7/ 0,032) of 21 beats per minute (bpm). From our results, it is concluded that as long as the EPCT value remains equal or below 20 bpm the increase in oral temperature is lower than 1 ^oC for 95 % of the exposed population, rendering the thermal strain acceptable.
This result has been obtained from recordings out of almost one hundred workers in various working and exposure conditions. The EPCT limit of 20 bpm can be used safely to define the physiological acceptability of the heat exposure at a workplace and, if necessary, to determine TLV. Easy use of heart rate recorders means that heart rate can be a reference parameter for the thermal strain quantification as well as for the evaluation of physical workload. Indeed, in the conditions of the present field study, the physical work load reach frequently levels which induce high and even hazardous heart rates. Keywords : Thermal Stress, Prevention, Strain Index, Heart Rate. Afin de montrer que le recueil de la fréquence cardiaque (Fc) permet de définir des durées limites d’exposition (DLE) à la chaleur de façon simple et sûre, les extrapulsations cardiaques thermiques (EPCT) ont été mesurées chez 98 salariés au cours de 131 séquences de travail réel dans 18 situations de travail différentes. La variation de la température buccale (dtbu) entre le début et la fin d’une exposition à la chaleur est liée aux EPCT par la relation dtbu = 0,032 EPCT (p < .0001, ese = 0,18 ^oC). L’erreur standard de l’estimation (ese) permet de calculer la dtbu moyenne pour laquelle 95 % de la population aura une dtbu inférieure à 1 ^oC (1 – (1,65 . 0,18)) soit 0,7 ^oC. La relation permet ensuite de calculer la valeur des EPCT correspondant à cette dtbu moyenne de 0,7 ^oC ((0,7/0,032) soit 21 battements par minutes (bpm). Ainsi, tant que les EPCT sont égales ou inférieures à 20 bpm, l’astreinte thermostatique sera acceptable pour 95 % de la population. Ce résultat, calculé sur des mesures réalisées sur une centaine de salariés dans des conditions variées d’exposition, montre que la limite de 20 bpm d’EPCT peut être utilisée de façon sûre pour déterminer des DLE qui n’induisent pas une astreinte thermique excessive. La simplicité des appareillages de mesure de la Fc fait de ce paramètre une référence pour la quantification de l’astreinte thermique. Mots-clés : Contrainte thermique, Prévention, Indice d’astreinte, Fréquence cardiaque.

Plan de l'article

• I. INTRODUCTION

• II. MéTHODES

— II . 1. POSTES DE TRAVAIL

— II . 2. VARIABLES MESURÉES

— II . 3. TRAITEMENT DES DONNÉES

• III. RéSULTATS

— III . 1. CONTRAINTES THERMIQUES

— III . 2. ASTREINTES THERMIQUES

— III . 3. RELATIONS ENTRE LES VARIATIONS DE TEMPÉRATURE BUCCALE ET LES EPCT

• IV. DISCUSSION

— IV . 1. RELATION ENTRE DTBU ET EPCT

— IV . 2. INTÉRÊTS ET LIMITES DES EPCT

• BIBLIOGRAPHIE

I. INTRODUCTION

Au cours des trente dernières années, les métiers dans lesquels l’homme était le plus exposé à des ambiances thermiques chaudes se sont profondément modifiés. Parmi ces activités, les mines, la sidérurgie ou les verreries illustrent particulièrement ces évolutions, pour les premières, la réduction de l’activité minière va aboutir à sa disparition dans les dix prochaines années. Dans la sidérurgie, les restructurations économiques ont entraîné un regroupement des centres de production et, du fait d’une automatisation accrue, une réduction « drastique » du nombre de salariés exposés ainsi que du mode d’exposition des salariés qui travaillent encore à la chaleur. Cette évolution se retrouve encore dans le domaine des verreries industrielles où cependant le progrès technique a permis de réduire les temps d’exposition à la chaleur.

Toutefois, malgré ces évolutions, les risques liés aux expositions à des contraintes thermiques élevées sont toujours présents (DARES, 1996). Ces expositions se caractérisent par des durées brèves mais à des niveaux de contraintes élevés telles que les opérations de maintenance ou de réparation effectuées dans l’urgence pour ne pas interrompre le processus de production (Meyer & Rapp, 1995). Pendant ces interventions, la dépense énergétique est en général élevée. Ce sont principalement des entreprises extérieures, employant souvent des intérimaires, qui sont sollicitées dans ces tâches (DARES, 1996). Ainsi, aux conditions thermiques difficiles s’ajoutent le manque d’habitude, la méconnaissance des lieux et l’absence d’acclimatement qui font de ces expositions des situations de travail à risque.

À l’heure actuelle, les outils de quantification de ces risques proposés restent difficiles à utiliser. L’élaboration de 14 normes par l’ISO (International Standard Organisation) pour définir des indices de contrainte ou d’astreinte thermique reflète la complexité des modèles de prédiction et la difficulté de trouver un indice simple utilisable en situation de travail. En effet, lors d’expositions variables, irrégulières et brèves, les plus fréquentes actuellement, ces indices sont inadaptés car la lourdeur de leur mise en œuvre est incompatible avec les exigences économiques et, dans ces conditions, leur fiabilité n’est pas suffisante pour déterminer des durées limites d’exposition (DLE) (Meyer, Rapp, & Vogt, 1997). À titre d’exemple, une étude de Wasterlund (1998) réalisée chez des forestiers a montré qu’une erreur de 10 % sur la dépense énergétique entraîne une variation de 176 % de la DLE calculée par l’indice sudation requise. Mairiaux et Malchaire (1996) recommandent donc le recours à des mesures physiologiques pour déterminer l’acceptabilité des conditions de travail. Confronté à une demande urgente d’évaluation du risque, le médecin du travail doit disposer d’outils de mise en œuvre rapide donc simples et fiables mais validés scientifiquement pour quantifier l’astreinte thermique afin de faire les mesures nécessaires pour protéger les salariés exposés ou susceptibles de l’être.

Parmi les différentes modalités de l’adaptation physiologique à la chaleur, la plus simple à quantifier est l’augmentation de la fréquence cardiaque (Fc) de repos (Brouha, 1963 ; Vogt, Fernandez, & Meyer-Schwertz, 1971). Cette augmentation permet de maintenir un débit sanguin cutané suffisant pour dissiper la chaleur accumulée au niveau du noyau. Les extrapulsations cardiaques thermiques (EPCT), définies par Vogt et al. (1971), permettent d’évaluer l’augmentation de la température centrale. Cette dernière reste délicate à mesurer en situation réelle de travail car elle impose, même en cas de recueil de la température buccale, une période de respiration bouche fermée difficile à faire accepter à un salarié.

Bien que la Fc soit d’utilisation simple, la relation entre les EPCT et la température centrale a été validée seulement en situation de laboratoire (Vogt & Metz, 1981). De plus, ces validations ont été menées sur de petits nombres de sujets, en général jeunes et sportifs, dans des conditions thermiques stables et prolongées. Enfin, les EPCT ne prennent en compte que l’astreinte thermostatique. En particulier, la déshydratation des salariés liée aux pertes sudorales n’est pas quantifiable à l’aide des EPCT. Cependant, les EPCT peuvent devenir un outil d’utilisation courante pour aider à résoudre les problèmes d’astreintes excessives et d’organisation du travail en ambiance chaude. De plus, le recueil de la Fc permet d’évaluer la dépense énergétique qui serait, lorsqu’elle est élevée, plus souvent à l’origine d’accidents d’hyperthermie que les paramètres physiques de l’ambiance thermique (Noakes et al., 1991 ; Epstein, Moran, Shapiro, Sohar, & Shemer, 1999).

L’objectif de ce travail est double. Il s’agit d’une part de valider la relation entre l’astreinte thermostatique et les EPCT en situation réelle de travail et, d’autre part, à partir de la relation moyenne et de la distribution des résultats individuels, de calculer une valeur limite d’EPCT qui protège 95 % de la population de salariés. Pour ce faire, la relation entre les EPCT et la variation de la température buccale (tbu) entre le début et la fin de l’exposition a été calculée à partir des résultats de mesures réalisées sur un grand nombre de salariés au cours de leur travail habituel.

II. MéTHODES

II . 1. POSTES DE TRAVAIL

Les données utilisées dans cette étude ont été recueillies au cours de 3 séries de mesures en situation de travail. La première série (expérience A) a concerné 55 salariés exposés à 11 postes de travail différents. Cinq salariés ont été étudiés à chaque poste. De façon schématique, ces 11 postes comportaient 4 postes où l’humidité relative était élevée en fromagerie (2) et en moulage de matériaux sanitaires (2), 3 postes à contrainte radiante élevée en sidérurgie (2) et en verrerie, 2 postes à contrainte convective en boulangerie et en galerie technique d’une mine de potasse et 2 postes à contrainte modérée en traitement de surface et en verrerie. L’expérience A comportait également une exposition à une température d’air et de rayonnement élevée simulée en laboratoire avec 5 sujets. La durée d’exposition était toujours de 4 heures et la dépense énergétique était élevée aux postes de mineurs, de mouleurs de matériaux sanitaires, à l’un des postes de fromager et au poste de lamineur en sidérurgie. La deuxième série (expérience B) a concerné 17 salariés qui travaillaient dans la sécherie d’une papeterie. Cette situation se caractérise par des expositions brèves, toujours inférieures à 20 minutes, à des températures d’air élevées, saturées en vapeur d’eau et induisant une dépense énergétique importante. La troisième série (expérience C) a concerné 21 salariés qui « désamiantaient » des locaux et portaient un vêtement de protection étanche. Au total, 98 salariés volontaires et en bonne santé, dans 18 postes de travail différents ont participé à l’étude. Les mesures ont toujours été effectuées au cours des premières heures de travail pour les expositions longues et au cours de la première exposition de la journée lorsque l’exposition était brève et se répétait au cours de la journée. Une description détaillée de l’ensemble des situations est présentée par Martinet et Meyer (1999).

II . 2. VARIABLES MESURÉES

Les caractéristiques anthropométriques et la consommation maximale d’oxygène (VO2max) ont été mesurées en dehors des situations de travail. La fréquence cardiaque (Fc), la dépense énergétique (M) et les paramètres de la contrainte thermique ont été recueillis au cours du travail. La température buccale (tbu) a été mesurée avant et après chaque exposition à la contrainte thermique.

Caractéristiques des salariés

Tous les salariés avaient une ancienneté dans la tâche supérieure à quinze jours et étaient donc, en principe, acclimatés à la chaleur (Pandolf, 1998). L’âge et les principales caractéristiques anthropométriques des 98 salariés qui ont participé à l’étude sont présentés dans le tableau 1.

TABLEAU 1 : Âge et caractéristiques anthropométriques des sujets. Valeurs moyennes, écart type et valeurs extrêmes des distributions de l’âge, du poids, de la taille et de l’indice de masse corporelle (IMC) (Age and anthropometric parameters of the subjects. Mean values, standard deviation and limits of the distributions of subjects age, weight, height and body mass index (IMC))

L’indice de masse corporelle (IMC en kg . m^{– 2}) a été calculé en divisant le poids (en kg) des sujets par le carré de leur taille (en m). Les capacités cardio-respiratoires maximales (VO2max) de 88 salariés ont été déterminées au cours d’un test d’effort sous-maximal soit à l’aide d’une bicyclette ergométrique à 4 puissances de pédalage (30, 70, 110 et 150 watts) progressivement croissant par palier de 3 minutes ; soit à l’aide d’un exercice sur step-test (Meyer & Flenghi, 1995). La VO2max était calculée par extrapolation de la relation VO2 = f(Fc) à la valeur maximale théorique de Fc du salarié soit « 220 – âge » (en années). La VO2max n’a pas été déterminée chez 10 salariés des expériences B et C pour des raisons techniques ou à cause du manque de disponibilité des salariés. La VO2max moyenne est de 41,8 ml . kg^{– 1} . min^{– 1}, son écart type (et) est de 10 ml . kg^{– 1} . min^{– 1} et ses valeurs extrêmes de 21,7 et 70,7 ml . kg^{– 1} . min^{– 1}.

Paramètres physiologiques

La fréquence cardiaque (Fc), exprimée en battements par minutes (bpm), a été mesurée en continu par comptage des ondes R d’un ECG recueilli à l’aide d’électrodes précordiales et transmis par télémétrie (Hellige Servomed^®) dans l’expérience A et au moyen d’un cardiofréquencemètre (Polar PE 4000^® ou Polar Vantage NV^®) dans les expériences B et C. Pour chaque salarié, les paramètres suivants de Fc ont été calculés :

la Fc de repos (Fc0) est la Fc moyenne mesurée pendant 5 minutes en position assise avant l’exposition ;
la Fc de repos après l’exposition (FcR) est la moyenne des Fc mesurées aux minutes 3, 4 et 5 de récupération après la fin du travail, en position assise et en ambiance neutre (Vogt & Metz, 1981) ;
la Fc de travail (Fcw) est la Fc moyenne calculée pendant l’exposition à la chaleur ;
le coût cardiaque absolu (CCA en bpm) est la différence entre la Fc moyenne de travail (Fcw) et Fc0. Les extrapulsations cardiaques thermiques (EPCT en bpm) ont été calculées selon la méthode de Vogt et al. (1981) : EPCT = FcR – Fc0.

La température buccale (tbu en ^oC) est considérée comme une approximation satisfaisante de la température centrale (Candas & Sagot, 1980 ; Kamon & Belding, 1971 ; Mairiaux, Sagot, & Candas, 1983 ; Strydom et al., 1965), elle est par ailleurs la plus simple à mesurer en situation de travail. La tbu a été mesurée lors des repos assis avant et après l’exposition à l’aide d’une thermistance à usage unique (Craftemp^®) placée sous la langue. Pendant le temps de la mesure, soit au moins 6 minutes (Mairiaux et al., 1983), la bouche doit rester fermée. La variation de température buccale (dtbu) est la différence entre les tbu mesurées avant et après l’exposition. La précision des capteurs de tbu est de 0,1 ^oC.

Dépense énergétique

Trois méthodes de quantification de la dépense énergétique (M en watt) ont été utilisées. Dans l’expérience A, M a été calculé à partir de la mesure de la consommation d’oxygène effectuée au moyen d’un appareil portable (Oxycon P^®). La VO2 a été mesurée pendant plusieurs séquences de travail de durée comprise entre 8 et 20 minutes en fonction de l’activité des salariés. M a été calculé sur l’ensemble de la période de travail à partir des Fc enregistrées en continu et de la relation M = f(Fc) calculée à partir des résultats de VO2 et de Fc obtenues au cours des séquences de mesure (Nielsen & Meyer, 1987). La VO2 a été convertie en watt en utilisant un équivalent énergétique de 340 W par litre d’O2 consommé par minute (Monod & Pottier, 1981). Pour le groupe des salariés de l’expérience B, M a été déterminé à partir de l’enregistrement de la Fc en continu pendant le travail et de la relation individuelle VO2 = f(Fc) établie au cours de l’exercice sous-maximal sur step-test. Enfin, dans l’expérience C, M a été estimé par observation du travail selon la méthode proposée par Ainsworth et al. (1993). Cette méthode propose un équivalent énergétique pour un grand nombre d’activités physiques de base. Une observation très simple de la tâche permet de la décomposer en activités de base puis de calculer la dépense énergétique de travail en faisant la somme des dépenses de chaque activité observée.

Paramètres de la contrainte thermique

La température de l’air (ta), la température humide de l’air (th) et la vitesse de l’air (Va) ont été mesurées au poste de travail dans les trois séries expérimentales. La pression partielle de vapeur d’eau (Pa) et l’humidité relative ont été calculées à partir de ta et de th. L’isolement vestimentaire a été évalué selon les recommandations de la norme X35-206 (AFNOR, 1999).

II . 3. TRAITEMENT DES DONNÉES

Les moyennes et les écarts types (et) ont été calculés pour les grandeurs physiques des ambiances thermiques. Pour les expériences B et C, les recueils de Fc ont été traités à l’aide du logiciel Cardlog (Polar^®). Des corrélations simples et multiples entre les variables ont été calculées selon la méthode des moindres carrés de Pearson. Des régressions multiples pas à pas ont permis de déterminer les relations entre la dtbu, les EPCT et différents paramètres qui influencent Fc.

III. RéSULTATS

Dans ce chapitre sont présentées successivement, les caractéristiques des contraintes thermiques étudiées, les astreintes physiologiques mesurées et enfin les relations entre ces variables.

III . 1. CONTRAINTES THERMIQUES

Sont considérés dans ce travail comme composants de la contrainte thermique, les paramètres physiques de l’ambiance de travail, l’isolement vestimentaire et la dépense énergétique. Les valeurs moyennes, les écarts types et les valeurs extrêmes de la température de l’air (ta), de la température humide (th), de la pression partielle de vapeur d’eau (PaH2O), de l’humidité relative (hr) et de la vitesse de l’air (Va) sont présentés dans le tableau 2.

TABLEAU 2 : Paramètres physiques de la contrainte thermique. Valeurs moyennes, écarts types et valeurs extrêmes de la température de l’air (ta), de la température humide (th), de la pression partielle de vapeur d’eau (PaH2O), de l’humidité relative (hr) et de la vitesse de l’air (Va) (Thermal stress parameters. Mean values, standard deviation and limits of air temperature (ta), humid air temperature (th), partial water vapour pressure (PaH20) relative humidity (hr) and air velocity (Va))

L’isolement vestimentaire moyen est de 0,82 clo (et = 0,46). La valeur inférieure de 0,1 clo correspond à un sujet en short, la valeur supérieure de 1,4 clo est celle des salariés qui portent des vêtements de protection étanches. La valeur moyenne du métabolisme énergétique (M) est de 293 W (et = 144 W) et les valeurs extrêmes sont 109 et 1076 W.

III . 2. ASTREINTES THERMIQUES

L’astreinte thermique est présentée par ses composantes cardiaque et thermostatique. Ces deux paramètres de l’astreinte ont été mesurés dans les trois séries expérimentales. L’astreinte sudorale a été mesurée seulement au cours de l’expérience A et n’est pas présentée dans ce travail.

Astreinte cardiaque

Le tableau 3 présente les résultats de Fc de repos avant le début de l’exposition (Fc0), de la Fc moyenne de travail (Fcw), du coût cardiaque absolu (CCA) et de l’astreinte cardiaque thermostatique (EPCT).

TABLEAU 3 : Astreintes cardiaques : valeurs moyennes, écarts types et valeurs extrêmes (en bpm) de la Fc de repos (Fc0), de la Fc de travail (Fcw), du coût cardiaque absolu (CCA) et des extrapulsations cardiaques thermiques (EPCT) (Cardiac strain : Mean values, standard deviation and limits in beats per minute (bpm) of rest heart rate (Fc0), work heart rate (Fcw), absolute cardiac cost (CCA) and cardiac thermal extra pulsations (EPCT))

La valeur moyenne du CCA (32,8 bpm) correspond à un travail « plutôt lourd » selon la grille d’évaluation de la pénibilité de Frimat, Chamoux, De Gaudemaris, Cantineau et Amphoux (1989). La moyenne des EPCT est inférieure à la limite de 30 bpm définie par Vogt et al. (1981). Toutefois, 4 sujets dépassent cette limite de 30 bpm.

Astreinte thermostatique

La variation de température buccale entre le début et la fin de l’exposition (dtbu) est en moyenne de 0,32 ^oC avec un écart type de 0,33 ^oC. La valeur moyenne des astreintes thermostatiques n’est donc pas excessive. La valeur la plus basse est de – 0,5 ^oC, soit une diminution de la température buccale mesurée. La variation la plus élevée est de 1,4 ^oC. Une dtbu supérieure à la limite de 1 ^oC (Vogt et al., 1981) a été mesurée dans 8 cas.

III . 3. RELATIONS ENTRE LES VARIATIONS DE TEMPÉRATURE BUCCALE ET LES EPCT

Les variations de la température buccale (dtbu) et de la fréquence cardiaque de repos (EPCT) entre le début et la fin de l’exposition sont liées par la relation :

dtbu = 0,032 EPCT

(équation 1)

r² = 0,70 ; N = 131 ; p < .0001 ; ese = 0,18

où dtbu est en ^oC et EPCT en bpm. L’erreur standard de l’estimation est notée ese.

Les résultats ci-dessus indiquent que, dans les conditions de cette étude de terrain, les EPCT expliquent 70 % de la variance de dtbu. L’équation 1 ayant été calculée à partir des résultats d’un grand nombre de salariés, une valeur limite de dtbu pour laquelle la dtbu maximale sera inférieure à 1 ^oC pour 95 % des salariés peut être calculée à partir de l’erreur standard de l’estimation (ese) de l’équation 1. La limite de confiance unilatérale qui englobe 95 % de la population est donnée par la formule : valeur moyenne + 1,65 ese. Pour une dtbu limite de 1 ^oC, la valeur moyenne de dtbu correspondante est : 1 – (1,65 . 0,18) soit une dtbu de 0,69 ^oC. À cette dtbu correspond, selon l’équation 1 (0,69/0,032), une valeur limite d’EPCT de 21 bpm. En conséquence, si les EPCT sont égales ou inférieures à 20 bpm, 95 % des sujets ne dépassent pas une dtbu de 1 ^oC.

Le graphique de la figure 1 présente les 131 valeurs recueillies, la droite de régression moyenne donnée par l’équation 1, la limite de confiance unilatérale à 95 % et schématise le calcul de la limite de sécurité des EPCT.

Fig. 1. — Régression de dtbu en EPCT calculée à partir de 131 expositions chez 98 salariés. Les lignes pointillées fine et épaisse représentent respectivement, 1 écart type et 1,65 écart type au-dessus de la droite de régression moyenne.

Regression of dtbu on EPCT computed from the 131 exposures of the 98 workers. The thin dotted line represents one standard deviation. The thick line represents 1.65 standard deviation over the mean regression line and illustrates the determination of the EPCT safety level for which dtbu increase is lower than 1 ^oC for 95 % of the population.

La relation entre la dtbu et les EPCT n’est pas significativement différente entre les trois séries expérimentales A, B et C (F(2;129) = 1,2 ; p > .3). L’âge des salariés (p > .4) et l’isolement vestimentaire (p > .2) ne modifient pas la relation. Cependant, des facteurs de correction peuvent être utilisés pour affiner la prédiction de dtbu (équation 1). Les différents modèles prennent en compte successivement la VO2max (ml . kg^{– 1} . min^{– 1} ; équation 2) et la VO2max et la dépense énergétique M (watt ; équation 3). Ces 2 relations sont de la forme :

dtbu = – 0,19 + 0,029 EPCT + 0,0056 VO2max

(équation 2)

r² = 0,71 ; N = 112 ; p < .01 ; ese = 0,17

dtbu = – 0,31 + 0,027 EPCT + 0,006 VO2max

+ 0,0004 M (équation 3)

r² = 0,73 ; N = 112 ; p < .002 ; ese = 0,16

L’intérêt des équations 2 et 3 sera repris au chapitre discussion. Ces relations indiquent que pour une même valeur des EPCT, la dtbu est d’autant plus importante que la VO2max (équation 2) et M (équation 3) sont élevés. Bien que ces facteurs de correction de la relation dtbu = f(EPCT) soient significatifs (p < 0, 02), la prévision de la relation n’est pas améliorée de façon sensible. En effet, l’erreur standard de l’équation 3 est de 0,16 ^oC alors qu’elle est de 0,18 ^oC dans l’équation 1. Ces facteurs de correction sont donc de peu d’intérêt en pratique car ils augmentent peu la précision de la prédiction de dtbu.

IV. DISCUSSION

Au cours de la discussion seront abordés successivement la pertinence de l’équation liant la dtbu aux EPCT et l’intérêt et les limites de l’utilisation de la Fc comme indice d’astreinte thermique.

IV . 1. RELATION ENTRE DTBU ET EPCT

Pour qu’une relation soit utilisable, il faut que sa précision soit validée et que ses limites soient reconnues. La validité de la relation générale liant la dtbu et les EPCT (équation 1) repose sur au moins deux arguments : la concordance entre la relation proposée et les données de la littérature et le fait que les mesures aient été réalisées sur un grand nombre de salariés dans des conditions qui couvrent une large plage d’ambiances thermiques de travail.

La relation dtbu = f(EPCT) déterminée au cours de la présente étude de terrain indique qu’en moyenne 31 bpm d’EPCT correspondent à une augmentation de 1 ^oC de dtbu (équation 1). Ce résultat est similaire aux quelques valeurs proposées dans la littérature. En laboratoire, Vogt et al. (1981) trouvent que 33 bpm d’EPCT correspondent à une augmentation de 1 ^oC de température centrale. Au cours de séances de sauna, qui se caractérisent par une dépense énergétique faible, l’étude de Jezova, Kvetnansky et Vigas (1994) décrit une augmentation de la fréquence de repos (Fc0) de 22,7 bpm par ^oC de tbu chez les hommes et 32,7 bpm chez les femmes. L’étude de Kukkonen-Harjula et al. (1989), également menée dans un sauna, montre une augmentation de Fc0 de 31,2 bpm par degré d’augmentation de température centrale. Hasan, Karvonen et Pironen (1967), toujours lors d’expositions au sauna, montrent qu’à 1 ^oC d’élévation de température centrale correspondent des EPCT de 30,4 bpm. Plus récemment, Boisvert et al. (1993) ont mesuré des EPCT de 32 bpm en condition humide et 36 bpm en condition sèche pour une augmentation de température rectale de 1 ^oC. Ainsi, les résultats de la présente étude sont en accord avec les données de la littérature bien que les conditions de recueil soient différentes. En effet, les résultats cités ont tous été recueillis en situation de laboratoire, sur un petit nombre de sujets et sur une ou deux contraintes thermiques. La relation dtbu = f(EPCT) de la présente étude a été établie à partir de résultats recueillis sur un grand nombre de salariés en situation réelle de travail. À notre connaissance, aucune étude n’a été réalisée sur un nombre aussi important de sujets et dans des conditions thermiques aussi variées.

Par ailleurs, les résultats de la présente étude retrouvent, en situation réelle de travail, des caractéristiques de l’adaptation à l’exercice et à la chaleur déjà décrites en situation expérimentale. Ainsi, les sujets qui ont les VO2max les plus élevées ont une récupération de Fc plus rapide. Pour une même dtbu, les EPCT seront d’autant plus basses que la VO2max des sujets est plus élevée (équation 2). Cette observation montre l’importance des caractéristiques individuelles dans les phénomènes de tolérance à la chaleur et, en particulier, de l’entraînement physique qui diminue la Fc lors d’expositions à la chaleur (Brouha, 1963 ; Pandolf, 1979 ; Epstein et al., 1999). L’équation 3 indique que lorsque M est inférieur à 300 W, son influence sur la relation dtbu f(EPCT) est négligeable. En revanche, pour des métabolismes très élevés, par exemple 600 W, ce qui est considéré comme un travail épuisant dans la norme X35-205 (AFNOR, 1999), les EPCT sous-estiment la dtbu de plus d’un dixième de degré.

Cependant, bien qu’ils soient significatifs, les effets de la VO2max et de M sur la prédiction de la dtbu à partir des EPCT sont négligeables. En effet, l’erreur standard de l’évaluation de dtbu est de 0,18 ^oC pour le modèle qui ne prend en compte que les EPCT (équation 1) et elle diminue très peu (0,16 ^oC) lorsque VO2max et M sont pris en compte en plus des EPCT (équation 3). Comme les évaluations de M et de VO2max sont délicates, ces deux paramètres peuvent être négligés dans le modèle prédictif de la variation de tbu en fonction des EPCT.

De nombreux facteurs peuvent modifier Fc (Frimat et al., 1989). À titre d’exemple, dans la présente étude, Fc0 des fumeurs est supérieure de 10 bpm à celle des non-fumeurs. Cette donnée est décrite par ailleurs (Yotsukura, Koide, & Fuji, 1998). Les conditions dans lesquelles ont été recueillies les données de notre étude permettent de considérer que tous ces facteurs d’influence ont été pris en compte grâce à la grande variété des caractéristiques des salariés (tabl. 1) et des contraintes thermiques (tabl. 2). À titre d’exemple, la VO2max moyenne de 88 des 98 salariés de la population étudiée est de 41,8 ml . kg^{– 1} . min^{– 1} soit un résultat légèrement supérieur à la moyenne pour l’âge des salariés étudiés (Meyer et al., 1995). Les valeurs extrêmes de la VO2max de 21,7 et 70,7 ml . kg^{– 1} . min^{– 1} correspondent à des capacités faibles pour la première et à des résultats de sportifs de haut niveau pour la deuxième. De même, les paramètres des contraintes thermiques couvrent toutes les conditions habituelles de travail à la chaleur ; ta varie de 18 ^oC à 67 ^oC, th de 11,5 ^oC à 56 ^oC et M d’un travail léger (109 W) à un travail très dur (1076 W) selon les classifications de Frimat et al. (1989) ou de Ainsworth et al. (1993). Dans les conditions de notre étude, on peut considérer que la relation moyenne (équation 1) décrite et les limites de confiance des EPCT qui en découlent sont applicables dans la majorité des situations de travail.

IV . 2. INTÉRÊTS ET LIMITES DES EPCT

Rappelons que le recueil de la Fc est simple, de mise en place rapide, ne gêne pas le salarié, ne modifie pas son travail et que le matériel de mesure est peu onéreux. Par ailleurs, il s’agit de la méthode la plus légère de quantification de M qui est souvent la composante la plus importante de l’astreinte thermique en situation de travail réel (Pandolf, 1979 ; Epstein et al., 1999).

En pratique, pour déterminer une DLE ou quantifier l’astreinte thermostatique, l’utilisation de la relation dtbu = f(EPCT) impose une interruption du travail pour enregistrer la Fc de repos et calculer les EPCT. Pour contourner cette difficulté, Mairiaux et al. (1990) ont proposé de calculer les EPCT à partir de l’augmentation progressive de la Fc pendant le travail appelée dérive de Fc. Cette démarche semble séduisante lorsque l’activité de travail et les paramètres de l’ambiance sont constants. En effet, à condition de disposer d’une télémétrie cardiaque elle permettrait de déterminer des DLE au cours du travail qui ne serait interrompu que lorsque les valeurs limites sont dépassées. Les données de la littérature qui fondent cette démarche sont contradictoires. En effet, Kuhlemeier et Miller (1978) trouvent une dérive de Fc de 29,3 bpm par ^oC de température rectale au cours d’une tâche expérimentale. De même, Boisvert et al. (1993) ont mesuré une dérive de Fc de 44 bpm en condition humide et de 33 bpm en condition sèche pour 1 ^oC d’élévation de température rectale au cours d’un travail à 60 % de la VO2max. Ces résultats permettraient donc de déterminer des DLE sûres à partir de la dérive de Fc pendant le travail.

À l’inverse, Mostardi et Kubica (1974) ont montré que pour une variation de tbu de 1^o, la dérive de Fc au cours du travail est de 17,5 bpm pour un travail physique moyen et de 7,5 bpm seulement lorsque le travail physique est important. L’augmentation de Fc liée à l’astreinte thermostatique serait donc moins prononcée lors d’un travail lourd et, en conséquence, l’élévation de tbu est sous-estimée par la dérive de Fc au cours de ces travaux lourds.

Kamon et Belding (1971) mesurent une dérive de Fc de 24 bpm pour 1 ^oC de dtbu au cours d’une marche à 5,6 km . h^{– 1}, alors que la dérive de Fc n’est que de 17 bpm lorsque la vitesse de marche est réduite à 4,5 km . h^{– 1}. La diminution de la dérive de Fc lorsque la dépense énergétique diminue est également décrite par Givoni et Goldman (1973).

Même si les résultats des auteurs cités ci-dessus sont en désaccord sur la relation entre l’intensité de la dépense énergétique et la dérive de Fc au cours du travail, ils montrent que pour une variation donnée de température centrale, la dérive de Fc au cours du travail est inférieure aux EPCT correspondantes.

En conséquence, la démarche qui consiste à utiliser la dérive de la Fc au cours du travail pour déterminer une DLE est dangereuse car elle peut sous-estimer l’astreinte thermostatique. La mesure des EPCT, en interrompant le travail pour mettre le salarié au repos, est donc nécessaire lorsque la contrainte thermostatique doit être limitée. La Fc permet alors d’organiser l’alternance entre les périodes d’exposition et de récupération à condition que les durées limites soient définies en augmentant progressivement les temps d’exposition et en mesurant les EPCT pour des durées d’exposition progressivement croissantes. La durée d’exposition initiale sera de 10 minutes et les durées des expositions ultérieures incrémentées par pas de 10 minutes jusqu’à atteindre la durée limite d’exposition (Meyer et al., 1997). Après une période de récupération, la reprise du travail est possible lorsque la Fc sera inférieure à Fc0 + 10 bpm. Cependant, pour le calcul des EPCT lors des expositions successives, la Fc0 restera la première valeur de repos enregistrée au début du poste de travail.

La principale limite de l’utilisation des EPCT comme indice d’astreinte thermique est de ne pas prendre en compte l’astreinte sudorale. La Fc est donc un bon indice dans la majorité des expositions à la chaleur mais n’est pas un indice sûr lors de tâches qui exposent à un risque de déshydratation. En particulier, lors d’expositions supérieures à une heure dans des situations à contrainte thermique élevée, les pertes sudorales qui assurent l’équilibre thermostatique peuvent entraîner un risque de déshydratation excessive. Dans ces conditions, en plus du contrôle de l’astreinte thermostatique à l’aide de la Fc, le mesurage des variations de poids des salariés est nécessaire pour contrôler l’astreinte sudorale. Enfin, la Fc intègre les différents paramètres de la contrainte. Elle démontre la nécessité de réduire l’astreinte ; en revanche, elle ne permet pas de définir les priorités d’une prévention technique. Lorsque celle-ci est envisagée, l’indice sudation requise doit être mesuré car il permet une évaluation de l’origine du risque et, de ce fait, autorise une démarche de réduction de l’un ou plusieurs des paramètres de la contrainte en cause.

V. CONCLUSION

Dans les situations à contraintes thermiques élevées, les risques pour la sécurité et la santé du salarié doivent être évalués. Du fait des expositions brèves, parfois prévues au dernier moment, il faut disposer d’un indice simple, facile à mettre en œuvre pour assurer une intervention dans les conditions les plus sûres. La Fc est l’indice le plus adapté pour répondre à cet objectif. En effet, elle permet d’une part, de contrôler l’astreinte cardiaque de ce type de tâches souvent associées à une charge physique élevée et d’autre part, de mesurer l’astreinte thermique comme le montrent les résultats de cette étude.

La pertinence de la relation entre la dtbu et les EPCT calculées à partir des données de la présente étude permet d’appliquer le seuil de 20 bpm d’EPCT dans toutes les conditions d’exposition dont la durée ne dépasse pas 60 minutes. La variété des situations de travail, le grand nombre de salariés qui ont participé à cette étude et la concordance des résultats aux données de la littérature, valident la pertinence de la limite d’EPCT proposée. Celle-ci assure que l’astreinte thermostatique sera toujours inférieure à la valeur seuil de 1 ^oC en deçà de laquelle le risque d’hyperthermie est négligeable. Dans les conditions de travail à la chaleur, la Fc permet de contrôler les astreintes physiques et thermiques subies par les salariés et d’organiser la mise en place de pauses. Lorsque les durées d’exposition sont supérieures à 1 heure, la mesure de l’astreinte sudorale devra compléter celle de l’astreinte thermostatique.

Manuscrit reçu : janvier 2000.

Accepté après modification : mai 2000.

BIBLIOGRAPHIE

· AFNOR (1999). Recueil de normes françaises ergonomie. Paris-La Défense : AFNOR.

· Ainsworth, B. E., Haskell, W. L., Leon, A. S., Jacobs, D. R., Montoye, H. J., Sallis, J. F., & Paffenbarger, R. S. (1993). Compendium of physical activities : classification of energy costs of human physical activities. Medicine and Science in Sports and Exercise, 25, 71-80.

· Boisvert, P., Nakamura, K., Shimai, S., Candas, V., & Tanaka, M. (1993). Sweat rate and body temperature during exercise in dry and humid environments. In V. Nielsen & D. Jorgensen (Eds.), Advance in Industrial Ergonomics and Safety V (pp. 399-404). London : Taylor & Francis.

· Brouha, L. (1963). Physiologie et industrie. Paris : Gauthier-Villars.

· Candas, V., & Sagot, J.-C. (1980). La température buccale : critère de température interne en conditions thermiques stables. Journal de Physiologie, 76, 44.75A.

· DARES (1996). Expositions aux contraintes et nuisances dans le travail. Ministère du Travail et des Affaires sociales, DSTE, 10-42.

· Epstein, Y., Moran, D. S., Shapiro, Y., Sohar, E., & Shemer, J. (1999). Exertional heat stroke : a case series. Medicine and Science in Sports and Exercise, 31, 224-228.

· Frimat, P., Chamoux, A., de Gaudemaris, R., Cantineau, A., & Amphoux, M. (1989). Fréquence cardiaque et travail. Quelle utilisation ? Quels critères ? Archives des maladies professionnelles, 50, 357-360.

· Givoni, B., & Goldman, R. (1973). Predicting heart rate response to work, environment, and clothing. Journal of Applied Physiology, 34, 201-204.

· Hasan, J., Karvonen, M., & Pironen, P. (1967). Special review part 1 : Physiological effects of extreme heat. As studied in the finnish « sauna » bath. American Journal of Physical Medicine, 46, 1226-1246.

· Jesova, D., Kvetnansky, R., & Vigas, M. (1994). Sex differences in endocrine response to hyperthermia in sauna. Acta Physiologica. Scandinavica, 150, 293-298.

· Kamon, E., & Belding, H. (1971). Heart rate and rectal temperature relationships during work in hot humid environments. Journal of Applied Physiology, 31, 472-477.

· Kuhlemeier, K. V., & Miller, J. M. (1978). Pulse rate-rectal temperature relationships during prolonged work. Journal of Applied Physiology, 44, 450-454.

· Kukkonen-Harjula, K., Oja, P., Laustiola, K., Vuori, I., Jolkkonen, J., Siitonen, S., & Vapaatalo, H. (1989). Haemodynamic and hormonal response to heat exposure in a Finnish sauna bath. European Journal of Applied Physiology, 58, 543-550.

· Mairiaux, P., & Malchaire, J. (1990). Le travail en ambiance chaude. Paris : Masson.

· Mairiaux, P., Sagot, J.-C., & Candas, V. (1983). Oral temperature as an index of core temperature during heat transients. European Journal of Applied Physiology, 50, 331-341.

· Martinet, C., & Meyer, J.-P. (1999). Travail à la chaleur et confort thermique. Notes scientifiques et techniques 184. Nancy : INRS.

· Meyer, J.-P. (1997). Astreinte physiologique lors d’opérations de retrait de l’amiante. Documents pour le médecin du travail, 69, 19-26.

· Meyer, J.-P., & Flenghi, D. (1995). Détermination de la dépense énergétique de travail et des capacités cardio-respiratoires maximales à l’aide d’un exercice sous-maximal sur step test. Documents pour le médecin du travail, 64, 245-251.

· Meyer, J.-P., & Rapp, R. (1995). Survey of heat stress in industry. Ergonomics, 38, 36-46.

· Meyer, J.-P., Rapp, R., & Vogt, J.-J. (1997). Campagne de comparaison de la validité respective des principaux indices de contraintes thermiques. Notes scientifiques et techniques 156. Nancy : INRS.

· Monod, H., & Pottier, M. (1981). Adaptations respiratoires et circulatoires du travail musculaire. In J. Scherrer (Éd.), Précis de physiologie du travail, notions d’ergonomie (pp. 159-204). Paris : Masson.

· Mostardi, R., & Kubica, R. (1974). The effect of increased body temperature due to exercise on the heart rate and on the maximal aerobic power. European Journal of Applied Physiology, 33, 237-245.

· Nielsen, R., & Meyer, J.-P. (1987). Evaluation of metabolism in industrial work. Ergonomics, 30, 563-572.

· Noakes, T. D., Myburgh, K. H., Du Plessis, J., Lang, L., Lambert, M., Van Der Riet, C., & Schall, R. (1991). Metabolic rate, not percent dehydration, predicts rectal temperature in marathon runners. Medicine and Science in Sports and Exercise, 23, 443-449.

· Pandolf, K. B. (1979). Effects of physical training and cardiorespiratory physical fitness on exercise-heat tolerance : Recent observations. Medicine and Science in Sports, 1, 60-65.

· Pandolf, K. B. (1998). Time course of heat acclimation and its decay. International Journal of Sports Medicine, 19, 157-160.

· Strydom, N. B., Wyndham, C. H., Williams, C. G., Morrison, J. F., Bredell, G. A. G., & Joffe, A. (1965). Oral/rectal temperature differences during work and heat stress. Journal of Applied Physiology, 20, 283-287.

· Vogt, J.-J., Fernandez, M.-H., & Meyer-Schwertz, M.-T. (1971). Analyse des variations rapides de fréquence cardiaque au début et à l’arrêt de l’exercice musculaire. Influence de l’ambiance thermique. Archives des sciences physiologiques, 25, 377-399.

· Vogt, J.-J., & Metz, B. (1981). Ambiances thermiques. In J. Scherrer (Éd.), Précis de physiologie du travail, notions d’ergonomie (pp. 217-263). Paris : Masson.

· Wasterlund, D. (1998). A review of heat stress research with application to forestry. Applied Ergonomics, 29, 179-183.

· Yotsukura, M., Koide, Y., & Fujii, K. (1998). Heart rate variability during the first month of smoking cessation. American Heart Journal, 135, 1004-1009.