Évaluation de l'exposition aux vibrations globales du corps des opérateurs du métro de Montréal et étude du comportement dynamique des motrices et de leur système de suspension

Les opérateurs du métro de Montréal se plaignent depuis plusieurs années d’inconfort associé à l’exiguïté des loges existantes et des vibrations qui leur sont transmises par les strapontins qui leur servent de surface de sustentation. Une étude réalisée parallèlement à celle-ci a permis d’identifier les problèmes de santé et de sécurité des opérateurs du métro, d’évaluer les contraintes ergonomiques liées à leur travail et de définir les exigences de conception des loges et d’aménagement du poste de travail qui permettraient d’améliorer la situation. La présente étude porte sur la caractérisation des niveaux d’exposition aux vibrations globales du corps auxquels sont soumis les opérateurs du métro dans l’exercice de leur fonction et sur l’identification du comportement dynamique des motrices MR-63 et MR-73 utilisées par le métro de Montréal. Celui-ci se distingue de la majorité des autres systèmes de métro par l’utilisation d’un mode de traction sur pneumatiques et roulement sur une surface de béton dont le niveau de défaut d’uni a été mesuré comme étant très faible. Les résultats de l’étude ont démontré que les niveaux d’exposition aux vibrations globales du corps sont les plus importants dans les motrices MR-63 qui font apparaître une composante en fréquence d’intensité importante à proximité de 6 Hz en plus de la composante fondamentale du mode de vibration verticale du caisson à 2,1 Hz. Les niveaux de vibrations sont accentués davantage lorsque la motrice est munie de pneus présentant une ovalisation qui excède les tolérances établies. Quant aux motrices MR-73 qui présentent des niveaux de vibrations sensiblement plus faibles que les MR-63, la fréquence fondamentale du mode de vibrations verticales du caisson apparaît à 2,4 Hz et la composante à 6 Hz, bien que présente, est d’intensité beaucoup plus faible et apparaît de façon moins évidente que pour les motrices MR-63. Pour les deux types de motrice, la composante à 6 Hz est associée au mode de vibration verticale du bogie, pour lequel l’intensité des vibrations est accentuée dès que la vitesse de déplacement des motrices excède 60 km/h, ce qui correspond à la fréquence de sollicitation vibratoire du bogie à 6 Hz. En terme d’exposition vibratoire, les niveaux se situeraient dans la « zone de précaution santé » définie dans la norme ISO 2631-1 :1997 pour les opérateurs des motrices MR-63 et à proximité de cette zone pour ceux des motrices MR-73; ceci en tenant compte de la durée d’exposition quotidienne moyenne associée à la conduite du métro. Pour les deux types de motrices, les niveaux d’exposition aux vibrations sont apparus comme étant plus élevés sur la ligne 4 qui comporte des distances de parcours plus longues entre les stations et une vitesse soutenue à plus haute vitesse pendant une plus longue période de temps que sur les autres lignes. Comparativement, les niveaux sont apparus comme étant les plus faibles sur la ligne 5 et se situent entre ceux de la ligne 5 et de la ligne 4 pour les lignes 1 et 2. La période d’affluence, la position de la motrice en tête ou en queue de train, le degré d’usure des pneus et le niveau de maintenance des motrices se sont avérés avoir peu d’effet sur les niveaux vibratoires mesurés. Par ailleurs, la vitesse, les caractéristiques d’ovalisation des pneus et le parcours ont démontré qu’ils avaient une influence importante sur les niveaux d’exposition vibratoires transmis dans la loge des deux types de motrices. L’efficacité des strapontins utilisés dans les deux types de motrices est apparue comme étant nulle pour atténuer les vibrations transmises aux opérateurs. Pour l’ensemble des conditions considérées, le facteur SEAT des strapontins a été mesuré comme étant unitaire. Par ailleurs, la suspension, constituée de deux ressorts hélicoïdaux et d’une barre de torsion entre le bogie et le caisson des motrices, s’est avérée efficace pour atténuer les vibrations au-delà de 3,5 Hz mais le degré d’atténuation fournie ne s’est pas révélé comme étant suffisant dans certains cas pour réduire de façon importante la composante apparaissant à 6 Hz. Parmi les solutions proposées pour réduire l’exposition aux vibrations globales du corps pour les opérateurs des deux types de motrices, figure l’incorporation d’un siège à suspension dont la fréquence naturelle serait suffisamment basse (inférieure à 1,4 Hz) pour permettre non seulement d’atténuer la composante en fréquence à 6 Hz, mais aussi la composante à 2,1 Hz et à 2,4 Hz pour les MR-63 et MR-73, respectivement. Aussi, l’incorporation d’amortisseurs au niveau de la suspension entre le bogie et le caisson permettrait de réduire considérablement l’intensité des modes de vibrations verticales et de roulis du caisson, améliorant du coup le confort des opérateurs. L’étude a permis de définir les caractéristiques spectrales des vibrations verticales associées aux deux types de motrice MR-63 et MR-73 sous forme de classes spectrales applicables à des conditions moyennes d’opération sur l’ensemble des lignes de métro et aussi à des conditions plus sévères, permettant de définir des caractéristiques spectrales se rapprochant davantage de celles rencontrées pour certaines interstations présentant des niveaux plus élevés. Ces classes spectrales démontrent des différences de comportement dynamique évidentes entre les motrices MR-63 et MR-73 pour le mode de vibrations verticales. La définition de ces classes spectrales permettra éventuellement de reproduire en laboratoire sur simulateur de vibrations, les caractéristiques vibratoires propres à chaque type de motrice, ouvrant ainsi la voie à l’identification des sièges les mieux adaptés à cet environnement vibratoire.

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