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Theses Year : 2020

Interaction with a smartphone : Effects of light on postural biomechanics and the occurrence of musculoskeletal disorders

Interaction avec un smartphone : Effets de la lumière sur la biomécanique posturale et l'apparition de troubles musculo-squelettiques

Abstract

This study is based on the convergence of three fields: biomechanics, ergonomics and HMI in order to quantify and evaluate the effects of modification of the environmental conditions on the postural adaptations of the users that interact with the most popular media in the world: the smartphone and its touch screen. The aim of this thesis was to propose a quantification of the angular variables of the axial skeleton and upper limbs in order to determine the level of risk of musculoskeletal disorders (MSDs) occurring during the use of the smartphone. The first step consisted in defining the experimental frameworks representative of daily life by integrating a concept little discussed in the biomechanical field, the effects of light. The objective was to analyse the effects of combined settings between environmental luminosity and screen brightness on the posture adopted by users for three well-defined operating conditions, sitting with or without support for the upper limbs and standing, and for two frequent tasks, sending a message and browsing the Internet. In this context, a quantification of all the articular regions of the axial skeleton and the upper limb was conducted in order to objectify their involvement during interaction. Thus, the distance between the face and the touch screen appeared as a major invariant around which two kinematic chains, one consisting of the axial skeleton and the other of the upper limbs, work in synergy. In addition, interaction strategies depending on the light but also on other parameters, such as the task performed (text message or internet search) as well as the position of use (sitting with or without support or standing) were identified. A biomechanical index IBI has been proposed and allows the identification of the involvement of the trunk and neck in the overall posture. Finally, based on the objectification of postures, an ergonomic assessment using the Rapid Upper Limb Assessment (RULA) was proposed in order to accurately quantify the MSDs risks associated with interaction with the smartphone. This analysis made it possible to establish recommendations on how to interact both on the hardware environment (upper limb supports) and on settings for the interface and external lighting. The aim is to alert smartphone users to the high level of risk of MSDs. Health starts with prevention.
Ce travail est basé sur la convergence de trois domaines que sont la biomécanique, l’ergonomie et l’IHM afin de quantifier et d’évaluer les effets de la modification des conditions environnementales sur les adaptations posturales des utilisatrices(teurs) du média le plus utilisé dans le monde, le smartphone et son écran tactile. Le but de cette thèse a été de proposer une quantification des variables angulaires du squelette axial et des membres supérieurs afin de déterminer le niveau de risque d’apparition de troubles musculosquelettiques (TMS) encouru lors de l’utilisation du smartphone. La première étape a consisté à la définition des cadres expérimentaux représentatifs de la vie quotidienne en intégrant une notion peu abordée dans le domaine de la biomécanique, les effets de la lumière. L’objectif a été d’analyser les effets des réglages mixtes entre la luminosité environnementale et la luminosité de l’écran sur la posture adoptée par les utilisatrices(teurs) pour trois conditions d’utilisation bien définies, assis avec ou sans support pour les membres supérieurs et debout, et pour deux tâches fréquentes, l’envoi d’un message et la navigation sur internet. Dans ce contexte, une quantification de l’ensemble des régions articulaires du squelette axial et du membre supérieur a été conduite afin d’objectiver leur implication durant l’interaction. Ainsi, la distance entre le visage et l’écran tactile est apparu en tant qu’invariant majeur autour duquel deux chaines cinématiques, une constituée du squelette axial et une autre des membres supérieurs, fonctionnent en synergie. De plus, des stratégies d’interaction en fonction de la lumière mais également d’autres paramètres, comme la tâche effectuée (message texte ou recherche internet) ainsi que la position d’utilisation (assis avec ou sans support ou debout) ont été identifiées. Un indice biomécanique IBI a été proposé et permet d’identifier la part d’implication du tronc et du cou dans la posture globale. Enfin, à partir de l’objectivation des postures, une évaluation ergonomique au moyen du Rapid Upper Limb Assessment (RULA) a été proposée afin de quantifier avec précision les risques de TMS associés à l’interaction avec le smartphone. Cette analyse a permis d’établir des recommandations sur la manière d’interagir tant sur l’environnement matériel (appuis pour le membres supérieurs) que sur des réglages de l’interface et de la luminosité extérieure. Le but est d’alerter sur le niveau de risque élevé d’apparition de TMS pour les utilisateurs(trices) de smartphone. La santé commence par la prévention.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-04198050 , version 1 (06-09-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04198050 , version 1

Cite

Johan Merbah. Interaction avec un smartphone : Effets de la lumière sur la biomécanique posturale et l'apparition de troubles musculo-squelettiques. Biomécanique [physics.med-ph]. Université de Toulon, 2020. Français. ⟨NNT : 2020TOUL0020⟩. ⟨tel-04198050⟩
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