Les outils percussifs (cloueuses, marteaux-piqueurs, agrafeuses de chantier, etc.) libèrent en quelques millisecondes des forces impressionnantes, dont les effets sur le corps humain restent souvent sous-estimés. Les chocs répétés qui se transmettent dans la main et le bras, et les bruits intenses perçus par l’oreille peuvent entraîner des douleurs chroniques, des lésions des tissus ou une perte d’audition. Pour mieux comprendre ces risques, notre groupe de recherche développe des méthodes permettant de mesurer l’impact de ces équipements et d’évaluer le niveau d’exposition aux vibrations et au bruit liés à leur utilisation répétée.

Comment mesurer la violence d’un tir de cloueuse ou l’impact d’un marteau-piqueur ? La question paraît simple, mais elle se heurte très vite à une difficulté majeure : aucun capteur classique n’est conçu pour se faire frapper, percer ou clouer directement.

Sur les chantiers, chaque tir d’un outil percussif génère un choc que le travailleur reçoit directement (voir Figure 1). L’onde de choc se propage dans l’outil, puis dans la main, puis le bras. Ce choc met en vibration la structure de la cloueuse ainsi que le support dans lequel le clou est enfoncé, qui rayonnent à leur tour jusqu’aux oreilles de l’opérateur et de son entourage. Et ces sollicitations ne sont pas exceptionnelles : l'utilisation courante d’une cloueuse de chantier peut représenter jusqu’à 12 000 tirs par jour.

Les conséquences de l’exposition aux outils percussifs sont bien connues des professionnels de la santé au travail^[1]. Le syndrome vibratoire main-bras, maladie professionnelle liée aux vibrations répétées transmises aux mains, peut provoquer des troubles durables de la circulation sanguine et de la sensibilité des doigts, parfois accompagnés de douleurs et d’une perte de force ou de la sensation du toucher, avec des conséquences pouvant aller jusqu’au handicap. La surdité professionnelle, quant à elle, résulte d’une exposition prolongée à des niveaux sonores élevés et entraîne une perte progressive de l’audition. Elle se développe lentement, est irréversible et peut nuire à la communication, à la sécurité et à la qualité de vie des personnes concernées.

Face à ces risques, une question s’impose : comment quantifier ce que subit réellement le corps humain ? Mesurer les vibrations et les chocs générés par les outils percussifs constitue une étape essentielle pour comprendre leur impact sur la santé. Sans données fiables, il est impossible d’évaluer les dangers, de comparer les équipements ou de sensibiliser efficacement aux risques encourus.

Notre groupe de recherche (composé de chercheurs, professeurs, doctorants et étudiants en master recherche) se concentre particulièrement sur les cloueuses professionnelles, qui permettent de planter un clou en libérant très rapidement de l’énergie. Les modèles pneumatiques utilisent de l’air comprimé pour actionner un piston, les modèles électriques convertissent l’énergie d’un moteur (via un volant d’inertie ou un ressort), tandis que les cloueuses à poudre exploitent une petite charge explosive pour produire un impact puissant. Cette diversité de mécanismes rend nécessaire la comparaison des différents outils, chaque technologie présentant ses propres avantages et inconvénients.

Le bruit & les vibrations des cloueuses



Lorsque la cloueuse enfonce un clou dans un matériau (par exemple une poutre de bois de charpente), le choc généré se traduit par deux phénomènes physiques distincts mais liés : des vibrations mécaniques et un rayonnement acoustique (voir Figure 2). Le matériau percuté se met à vibrer, créant des ondes qui se propagent dans la structure et qui peuvent être mesurées avec différents capteurs, en déplacement, vitesse ou accélération. Ces vibrations se transmettent également à l’air environnant, produisant un champ sonore perçu comme le bruit de l’impact.

L’outil contribue également au bruit à cause des chocs internes, le plus important étant celui du piston (pièce qui pousse le clou lors d'un tir) qui frappe sa butée en fin de course. Ces sons, brefs mais très puissants, atteignent les oreilles presque instantanément. Le réflexe stapédien (mécanisme naturel qui protège l’oreille interne en contractant le muscle de l’étrier) n’a pas le temps de se déclencher, ce qui explique que chaque tir provoque une micro-lésion auditive cumulative. C’est pourquoi les protections auditives telles que le casque antibruit ou les bouchons sont obligatoire sur les chantiers (voir Figure 3).

L'énergie vibratoire de chaque tir se transmet non seulement au matériau, mais aussi à la main de l’opérateur, puis remonte le long du bras en excitant les os, les articulations et les tissus mous. La propagation des vibrations dans le corps dépend de la fréquence et de l’amplitude du choc, de la rigidité des tissus et de la position de la main sur l’outil. Les doigts sont par exemple plus sensibles aux hautes fréquences, tandis que les basses fréquences se propagent plus facilement jusqu’au coude et à l’épaule.

La variabilité individuelle entre les travailleurs rend complexe l’évaluation de l’exposition réelle, car la réponse biodynamique du système main‑bras dépend non seulement de la fréquence et de l’amplitude des vibrations, mais aussi des caractéristiques physiques de chaque personne. Des travaux récents montrent par exemple qu’il existe des différences mesurables dans la façon dont les vibrations et les chocs se transmettent le long du bras selon le sexe et l’anatomie des sujets, même après ajustement pour des paramètres comme la longueur de la main ou l’indice de masse corporelle^[2]. Cela justifie des études statistiques qui confrontent l’exposition des travailleurs à leurs dimensions anthropométriques (mesure des proportions morphologiques), afin d’affiner l’évaluation du risque et d’élaborer des recommandations de prévention mieux adaptées à la diversité des opérateurs.

Comment estimer ce qui n'est pas mesurable directement ?

Afin de mieux prévenir ces risques, l’Institut de Recherche Robert-Sauvé en Santé et Sécurité du Travail (IRSST, Montréal) mesure les vibrations et le bruit générés par les cloueuses^[3] afin d’estimer les efforts mécaniques aux interfaces, notamment entre l’outil et la pièce travaillée. Comme il est impossible d’y installer des capteurs, ces efforts sont évalués à l’aide de méthodes indirectes. Les vibrations sont alors enregistrées à distance, par exemple sur le matériau autour du point d’impact. À partir de ces mesures, différentes techniques permettent de reconstruire la force appliquée. En utilisant les équations du mouvement et la connaissance du comportement dynamique du matériau, on peut ainsi déduire l’impulsion initiale et sa répartition. Cette approche permet de quantifier précisément les forces d’excitation.

Durant ce projet de recherche, l’optimisation des méthodes inverses récentes a permis de quantifier des forces toujours plus courtes dans le temps, tout en conservant la précision sur l'amplitude réelle des impacts reconstruits. Cela rend possible leur application à notre cas d’étude (voir Figure 4), et ouvre la voie à une compréhension plus précise des risques auxquels les travailleurs sont confrontés au quotidien.

Et ensuite ?

Mesurer et estimer les forces des outils percussifs n’est qu’une première étape. Pour que ces travaux aient un impact réel sur la santé et la sécurité des travailleurs, il est désormais nécessaire de rassembler et de diffuser les connaissances. Des bases de données en accès libre permettront par exemple de comparer les performances et les impacts des différentes cloueuses, tandis que les publications scientifiques partagent les méthodes et les résultats avec la communauté internationale.

Ces recherches alimentent également les débats sur l’évolution des normes de sécurité au niveau international. En contribuant à définir des limites de vibration et de bruit plus réalistes, les chercheurs aident à mieux protéger les opérateurs et orientent les fabricants vers des outils plus sûrs.

Parallèlement, des nouveaux outils de mesure, comme ceux développés par l'IRSST (banc d'essai "Dispositif de Substitution de l'Opérateur"^[3], capteur de force "FlexiForce"^[4], ...), permettent de reproduire les mesures dans des conditions contrôlées, garantissant que les résultats soient fiables et comparables d’un outil à l’autre.

Enfin, les méthodes développées pour les cloueuses peuvent être adaptées à d’autres outils percussifs, comme les marteaux-piqueurs, les agrafeuses, les perforateurs ou les visseuses à chocs. Cela permettra à termes une compréhension globale des risques liés aux vibrations et au bruit sur les chantiers, contribuant à protéger efficacement les travailleurs et à améliorer leur quotidien.

Cet article présente les travaux de thèse de Quentin Malidain, réalisés sous la direction de Charles Pézerat, professeur au Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Mans, et de Thomas Dupont, professeur au Département de génie mécanique de l’École de technologie supérieure de Montréal. La thèse est également co-encadrée par Frédéric Ablitzer, maître de conférences au Laboratoire d’Acoustique de l’Université du Mans, et par Pierre Marcotte, chercheur à l’Institut de Recherche Robert-Sauvé en Santé et en Sécurité du Travail à Montréal.

Références

^[1]  Réseau de Santé Publique en Santé au Travail. (2026). Risques physiques - Vibrations. [Consulté le 26/03/2026]. https://santeautravail.qc.ca/r...^
[2] Vincent, M., Engelbrecht, A., Gaudreau, M.-A., Legrand, M., Dupont, T., & Marcotte, P. (2026). Biodynamic responses of the human hand–arm system under nail gun shock vibration and differences between males and females. International Journal of Industrial Ergonomics, 113, 103913. https://www.sciencedirect.com/...^
[3] Gaudreau, M.-A., Marcotte, P., Laville, F., Padois, T. et Boutin, J. (2018). Cloueuses portatives : développement de méthodes de diagnostic vibratoire et acoustique (Rapport n° R-1033). IRSST. https://pharesst.irsst.qc.ca/rapports-scientifique/117
^[4] Marcotte, P., Adewusi, S., & Rakheja, S. (2011). Development of a low-cost system to evaluate coupling forces on real power tool handles. Canadian Acoustics, 39(2), 36–37. https://jcaa.caa-aca.ca/index....

Image de couverture : U.S. Navy photo by Mass Communication Specialist 2nd Class (SW/AW) James Seward. commons.wikimedia.org/wiki/File:US_Navy_080823