Les chercheurs de l’institut Fraunhofer ont développé un casque équipé d’un capteur d’accélération intégré destiné aux conducteurs d’engins de chantier. Ce dispositif innovant permet de mesurer avec précision les vibrations nocives qui affectent le corps humain lors de l’utilisation de ces machines. Grâce à un logiciel dédié, les signaux du capteur sont analysés, offrant ainsi une évaluation en temps réel du niveau de stress subi par l’opérateur.
La technologie ainsi conçue permettrait la mise en place de mesures de soulagement adaptées, contribuant à améliorer significativement la santé et la sécurité des travailleurs exposés à ces vibrations.
Un capteur d’accélération intégré au casque
Au cœur de cette technologie se trouve un transducteur piézo-électrique sous la forme d’un film flexible en polypropylène qui sert de capteur. Ce film est intégré à l’intérieur du casque, au-dessus de la tête, dans une sangle de fixation. Les vibrations émanant de l’engin de chantier et se propageant à travers le corps atteignent le film sous forme de forces d’accélération et le déforment. Le degré de déformation détermine la tension du film piézo-électrique, qui est transmise au module électronique sous forme de signal.
Dans le module électronique, les signaux sont traités, transférés à une unité émettrice fixée au corps et envoyés à un ordinateur via une connexion sans fil. Le logiciel installé sur l’ordinateur enregistre les signaux et affiche les vibrations de plages de fréquences sélectionnées en temps réel.
Denis Becker, expert du département Analyse expérimentale et électromécanique de Fraunhofer, explique : « Les fréquences comprises entre 4 et 6 Hz sont dangereuses pour la colonne vertébrale, par exemple, et la tête et les yeux sont particulièrement à risque dans la plage comprise entre 20 et 30 Hz. Le logiciel peut être configuré de manière à émettre un avertissement lorsque certaines limites sont atteintes, par exemple. »
Une analyse des données pour un profil de vibrations détaillé
Pour analyser les données, les experts de Fraunhofer IIS ont apporté leur expertise dans le domaine de l’analyse des données pour les systèmes de capteurs médicaux. L’analyse des données permet également aux experts de Fraunhofer de déterminer dans quelles plages de fréquences pertinentes les vibrations sont particulièrement fortes et de créer une sorte de profil de vibrations pour chaque engin de chantier.
Cette nouvelle technologie crée les bases d’une protection efficace des personnes travaillant avec des excavatrices, des tracteurs ou d’autres engins de chantier. Par exemple, les sièges peuvent être équipés d’éléments d’amortissement supplémentaires, ou les conducteurs sont invités à faire une pause lorsque le logiciel détecte qu’une limite de stress a été atteinte. À l’avenir, l’unité de réception et le logiciel pourraient également être intégrés dans l’électronique embarquée des engins de chantier.
Un outil pour les employeurs et les associations de prévention
L’industrie manifeste un grand intérêt pour cette technologie Fraunhofer. En effet, les employés qui tombent malades après avoir travaillé trop longtemps sur un engin de chantier ne sont pas seulement un problème pour les employeurs en ce qui concerne leur devoir de diligence, mais aussi en termes de coûts. Le capteur de casque aide les associations médicales et les associations de prévention des employeurs à évaluer de manière différenciée et basée sur des données le stress réel subi par les travailleurs.
Björn Seipel, expert en électromécanique et automatisation chez Fraunhofer LBF, déclare : « Les vibrations de l’ensemble du corps auxquelles sont exposés les conducteurs d’engins de chantier atteignent en moyenne des valeurs d’accélération de 0,2 m/s² à 1,5 m/s² ; les valeurs de pointe peuvent être considérablement plus élevées. Notre capteur de casque permet de mesurer avec précision la charge de vibrations dans les opérations quotidiennes. La protection de la santé peut être considérablement améliorée sur cette base. »
Une démonstration à la Foire de Hanovre 2024
Les visiteurs de la Foire de Hanovre 2024 pourront découvrir cette solution en direct avec un modèle de démonstration sur le stand commun de Fraunhofer (Hall 2, Stand B24). Ce projet, baptisé Flexeras, a permis à Fraunhofer LBF de mettre à profit son expertise de longue date dans le domaine des systèmes de transducteurs. Les experts développent, entre autres, des concepts et des idées pour transférer les systèmes de transducteurs existants, tels que les films piézo-électrets, vers de nouvelles applications.
Björn Seipel ajoute : « Lors du développement de nouveaux engins de chantier, cette technologie permet de mesurer le niveau de vibrations et de les réduire ensuite par des mesures ciblées, même sur les premiers prototypes. » D’autres applications sont envisageables, comme le souligne l’expert : « Notre technologie convient généralement aux personnes de tous les groupes professionnels qui sont fréquemment exposées à des contraintes biomécaniques élevées. »
Légende illustration : Le transducteur piézo-électrique est discrètement intégré dans la sangle de fixation intérieure du casque. La photo montre un modèle de démonstration de la technologie. Crédit : © Ursula Raapke / Fraunhofer LBF
