ISO 9886:2004
(Main)Ergonomics — Evaluation of thermal strain by physiological measurements
Ergonomics — Evaluation of thermal strain by physiological measurements
ISO 9886:2004 describes methods for measuring and interpreting the following physiological parameters: body core temperature; skin temperatures; heart rate; body-mass loss.
Ergonomie — Évaluation de l'astreinte thermique par mesures physiologiques
L'ISO 9886:2003 décrit les méthodes de mesurage et d'interprétation des paramètres physiologiques suivants: la température corporelle centrale; les températures cutanées; la fréquence cardiaque; la perte de masse corporelle.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 9886
Second edition
2004-02-15
Ergonomics — Evaluation of thermal
strain by physiological measurements
Ergonomie — Évaluation de l'astreinte thermique par mesures
physiologiques
Reference number
ISO 9886:2004(E)
©
ISO 2004
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ISO 9886:2004(E)
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ISO 9886:2004(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope. 1
2 Normative references. 1
3 Symbols and abbreviated terms. 2
4 Measurement of body core temperature (t ) . 3
cr
4.1 General. 3
4.2 Measurement techniques for indicators of body core temperature . 4
5 Measurement of body skin temperature (t ). 6
sk
5.1 General. 6
5.2 Principle of the method . 7
5.3 Interpretation. 7
6 Assessment of thermal strain on the basis of heart rate (HR) . 7
6.1 General. 7
6.2 Principle of the method . 7
6.3 Interpretation. 8
7 Assessment of physiological strain on the basis of body-mass loss (∆m ) due to
sw
sweating. 8
7.1 Principle of the method . 8
7.2 Interpretation. 8
Annex A (informative) Comparison between the physiological methods of evaluation of thermal
strain. 9
Annex B (informative) Measuring techniques . 12
Annex C (informative) Limit values of the physiological parameters of thermal strain. 18
Bibliography . 21
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ISO 9886:2004(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 9886 was prepared by Technical Committee ISO/TC 159, Ergonomics, Subcommittee SC 5, Ergonomics
of the physical environment.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 9886:1992), which has been technically revised.
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ISO 9886:2004(E)
Introduction
This document is part of a series of standards concerned with the assessment of thermal stress and strain.
This series of International Standards aims in particular at
a) establishing specifications for the methods of measuring physical parameters characterising thermal
environments;
b) establishing methods for assessing thermal stress in cold, moderate and hot environments.
The analysis methods described by these latter standards allow the prediction of the average physiological
response of subjects exposed to a thermal environment. Some of these methods are not applicable under
exceptional climatic circumstances, when the characteristics of the exposed subjects differ greatly from the
average or when special means of protection are used.
In these cases, or for the sake of research, it may be useful or even necessary to measure directly the
physiological strain experienced by the subject.
This International Standard gives a series of specifications concerning the methods of measurement and
interpretation of the physiological parameters considered as reflecting the response of the human organism
placed in a hot or cold environment.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 9886:2004(E)
Ergonomics — Evaluation of thermal strain by physiological
measurements
1 Scope
This International Standard describes methods for measuring and interpreting the following physiological
parameters:
body core temperature;
skin temperatures;
heart rate;
body-mass loss.
The choice of variables to be measured and techniques to be used is at the discretion of those responsible for
the health of the employees. These persons will have to take into account not only the nature of the thermal
conditions, but also the degree of acceptance of these techniques by the employees concerned.
It should be emphasised that direct measurements on the individual can only be carried out on two conditions.
a) If the person has been fully informed about the discomfort and the potential risks associated with the
measurement technique and gives free consent to such measurements.
b) If the measurements present no risk for the person which is unacceptable in view of general or specific
codes of ethics.
In order to simplify this choice, Annex A presents a comparison of the different methods concerning their field
of application, their technical complexity, the discomfort and the risks that they might involve.
This standard defines the conditions which are to be met in order to ensure the accuracy of the data gathered
from the different methods. The measurement methods are described in Annex B. Limit values are proposed
in Annex C (informative).
This standard is not concerned with experimental conditions for which investigators may develop alternative
methods intended to improve knowledge in this area. It is however recommended, when conducting such
studies in the laboratory, to use the methods described below as references, so that results may be compared.
Before using the evaluations methods described in this International Standard, the user is required to follow
the ethics and legal rules in force in his country or institution. Accordingly, ethical committees will be consulted
and rules concerning free written consent, freedom of participation, confidentiality, etc. will be strictly followed.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 7933, Ergonomics of the thermal environment — Analytical determination and interpretation of heat stress
using calculation of the predicted heat strain
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ISO 9886:2004(E)
3 Symbols and abbreviated terms
2
A body surface area calculated from the Du Bois formula (m )
Du
−1
HR heart rate (beats⋅min )
−1
HR average heart rate (beats⋅min ) of the subject at rest while sitting under neutral conditions
0
−1
HR heart rate (beats⋅min ) during a break in work after heart rate components due to static exertion
r
and dynamic muscular work have disappeared
−1
HR limit of heart rate (beats⋅min )
L
−1
∆HR increase in heart rate (beats⋅min ) linked with work metabolism
M
−1
∆HR increase in heart rate (beats⋅min ) linked with static exertion
s
−1
∆HR increase in heart rate (beats⋅min ) connected with the thermal strain experienced by the subject
T
−1
∆HR increase in heart rate (beats⋅min ) due to psychological factors
N
−1
∆HR residual component in heart rate (beats⋅min ) connected with rhythm of breathing, circadian rhythm,
ε
etc.
I thermal clothing insulation (clo)
cl
k weighting coefficient for a point measurement
i
∆m body mass variation
2
M average metabolic rate (W/m )
∆m mass variation due to variation of clothing or to sweat accumulation in the clothing
clo
∆m gross body-mass loss
g
∆m mass loss due to the mass difference between carbon dioxide and oxygen
o
∆m mass loss due to evaporation in the respiratory tract
res
∆m mass variation of the body due to intake (food) and excretions (stools) of solids
sol
∆m mass loss due to sweat loss during the time interval
sw
∆m mass variation of the body due to intake and excretion (urine) of water
wat
p partial water vapour pressure in the air (kPa)
a
R respiratory quotient (dimensionless)
∆t time interval (min)
t intra-abdominal temperature (°C)
ab
t auditory canal temperature (°C)
ac
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t body core temperature (°C)
cr
t oesophageal temperature (°C)
es
t oral temperature (°C)
or
t rectal temperature (°C)
re
t skin temperature (°C)
sk
t local skin temperature at point i (°C)
ski
t tympanic temperature (°C)
ty
t urine temperature (°C)
ur
4 Measurement of body core temperature (t )
cr
4.1 General
The “core” refers to all the tissues located at a sufficient depth not to be affected by a temperature gradient
through surface tissue. Temperature differences are, however, possible within the core depending on local
metabolisms, on the concentration of vascular networks and on local variations in blood flow. The core
temperature is thus not a unique concept and measurable as such. This temperature may be approximated by
the measurement of temperature at different points of the body:
oesophagus: oesophageal temperature (t );
es
rectum: rectal temperature (t );
re
gastro-intestinal tract: intra-abdominal temperature (t );
ab
mouth: oral temperature (t );
or
tympanum: tympanic temperature (t );
ty
auditory canal: auditory canal temperature (t );
ac
urine temperature (t ).
ur
The order of presentation of these different techniques has been adopted only for the clarity of the
presentation.
Depending on the technique used, the temperature measured can reflect
the mean temperature of the body mass, or
the temperature of the blood irrigating the brain and therefore influencing the thermoregulation centres in
the hypothalamus. This temperature is usually considered for assessing the thermal strain sustained by a
subject.
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4.2 Measurement techniques for indicators of body core temperature
4.2.1 Oesophageal temperature (t )
es
4.2.1.1 Principle of the method
The temperature transducer is introduced in the lower part of the oesophagus, which is in contact over a
length of 50 mm to 70 mm with the front of the left auricle and with the rear surface of the descending aorta. In
this position, the temperature transducer registers variations in arterial blood temperature with a very short
reaction time.
The upper part of the oesophagus presses against the trachea and the measurement of temperature at that
level is affected by breathing. On the contrary, if the transducer is placed too low, it records gastric
temperature.
The temperature of the saliva swallowed by the subject also influences the transducer. The oesophageal
temperature is therefore not given by the mean value of the recorded temperatures but by the peak values.
This is particularly true in cold environments, where the saliva can be chilled.
4.2.1.2 Interpretation
Of all the indirect measurements of t mentioned in 4.2.1.1, t is the one which most accurately reflects
cr es
temperature variations in the blood leaving the heart, and in all probability, the temperature of the blood
irrigating the thermoregulation centres in the hypothalamus.
4.2.2 Rectal temperature (t )
re
4.2.2.1 Principle of the method
A temperature transducer is inserted in the rectum; this being surrounded by a large mass of abdominal
tissues with low thermal conductivity, the rectal temperature is independent of ambient conditions.
4.2.2.2 Interpretation
When the subject is resting, the rectal temperature is the highest of the body temperatures. When the subject
is working, on the contrary, t is directly affected by the production of heat from the local muscles: with an
re
equal expenditure of energy per unit of time, t is higher when work is performed with the legs than when it is
re
carried out exclusively with the arms.
t essentially gives an indication of the mean temperature of body core mass. It may only be considered as
re
an indicator of blood temperature and therefore of the temperature of the thermoregulation centres when heat
storage is slow and when work is performed using the whole body.
When heat storage is low and work is essentially performed with the legs, the measurement of t leads to a
re
slight overestimation of the temperature of the thermoregulation centres.
On the contrary, in the case of rapid storage, during intense thermal stress of short duration, t rises at a
re
slower rate than the temperature of the thermoregulation centres, continues to rise after the exposure has
stopped and finally decreases progressively. Rising speed and lag time depend on the exposure and recovery
conditions. In these cases, t is inappropriate for estimating the strain sustained by a subject.
re
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4.2.3 Intra-abdominal temperature (t )
ab
4.2.3.1 Principle of the method
The subject swallows a temperature transducer. During its transit through the intestinal tract, the temperature
recorded will vary according to whether it is located in an area close to large arterial vessels or to organs with
high local metabolism or, on the contrary, near the abdominal walls.
4.2.3.2 Interpretation
When the transducer is located in the stomach or the duodenum, temperature variations are similar to those of
t and the difference between the two temperatures is very small. As the transducer progresses inside the
es
intestine, the characteristics of the temperature come closer to those of t . Therefore, the interpretation will
re
depend on the time elapsed since the swallowing of the transducer and on the speed of the gastro-intestinal
transit for the given subject.
In the present state of knowledge, t seems to be independent of ambient climatic conditions, except for
ab
strong radiant heat impinging on the abdomen.
4.2.4 Oral temperature (t )
or
4.2.4.1 Principle of the method
The transducer is placed underneath the tongue, and is therefore in close contact with the deep arterial
branches of the lingual artery. It will then provide a satisfactory measurement of the temperature of the blood
influencing the thermoregulation centres.
The temperature measured nevertheless depends on the external conditions. When the mouth is open,
thermal exchanges by convection and evaporation on the surface of the buccal mucus membrane contribute
to a reduction in the temperature of the buccal cavity. Even when the mouth is closed, the temperature may
be significantly lowered as a function of a reduction in the cutaneous temperature of the face, or raised if the
face is exposed to strong radiant heat.
4.2.4.2 Interpretation
When the measurement conditions are met, t is very similar to t . With the subject resting and in
or es
environments in which air temperature is greater than 40 °C, t may overestimate t by 0,25 °C to 0,4 °C.
or es
With the subject working, the concordance between t and t is only established for muscular effort levels not
or es
exceeding 35 % of the maximal aerobic power of the subject.
4.2.5 Tympanic temperature (t )
ty
4.2.5.1 Principle of the method
This method aims at measuring the temperature of the tympanic membrane whose vascularisation is provided
in part by the internal carotid artery, which also supplies the hypothalamus. As the thermal inertia of the
eardrum is very low, due to its low mass and high vascularity, its temperature reflects the variations in arterial
blood temperature, which influence the centres of thermoregulation.
However, as the tympanic membrane is also vascularised by the external carotid artery, its temperature is
influenced by the local thermal exchanges existing in the area vascularised by this artery. As the contact of a
sensor with the tympanic membrane or the surrounding areas is painful, either a thermal transducer is placed
as close as possible to the membrane or its temperature is measured using an infrared (IR) surface-
temperature measurement device which is focussed on the membrane. However, in practice the infrared
method often encounters significant problems (see B.1.6).
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4.2.5.2 Interpretation
t varies in a similar fashion to t during rapid variations in the thermal content of the core, whether these are
ty es
of metabolic origin or caused by the environment. The observed difference between these two temperatures
or between t and t is, however, influenced by local heat exchanges around the ear and the cutaneous
ty re
surface of the head.
4.2.6 Auditory canal temperature (t )
ac
4.2.6.1 Principle of the method
The transducer is, in this case, located against the walls of the auditory meatus immediately adjacent to the
tympanum. These are vascularised by the external carotid artery and their temperature is affected both by the
arterial blood temperature at the heart and by the cutaneous blood flow around the ear and adjacent parts of
the head. A temperature gradient is thus observed between the tympanum and the external orifice of the
auditory meatus. Insulating the ear adequately from the external climate may reduce this gradient.
4.2.6.2 Interpretation
The interpretation principles are very similar to those presented for the tympanic temperature. The auditory
canal temperature therefore presents, as t , variations parallel to those of t .
ty es
However, the positive deviations in hot environments or the negative ones in cold climates from t are
es
systematically greater than for t . Therefore, t may rather be considered as an indicator of the combined
ty ac
temperatures of the core and of the skin, than of an indicator of the core temperature only.
This measuring site is accepted by some as a necessary compromise between the precision of the estimation
and the practicability for the subject and the observer.
4.2.7 Urine temperature (t )
ur
4.2.7.1 Principle of the method
The bladder and its content may be considered as being part of the core of the body. Therefore, the
measurement of the urine temperature during its discharge can provide information concerning t . The
cr
measurement is done by means of a temperature transducer inserted in a collecting device. By definition, the
measurement possibilities are dependent on the quantity of urine available in the bladder.
4.2.7.2 Interpretation
Urine temperature varies approximately as t , except that the time constant is somewhat greater. Considering
re
the actual value, t is systematically lower by 0,2 °C to 0,5 °C than t .
ur re
5 Measurement of skin temperature (t )
sk
5.1 General
Skin temperature varies widely over the surface of the body and especially when the ambient conditions are
cold. For this reason, a distinction should be made between
the local skin temperature (t ) measured at a specific point of the body surface, and
sk
the mean skin temperature (t ) on the entire surface of the body, which cannot be easily measured
sk
directly but can be estimated by weighting an ensemble of local skin temperatures according to the area
they characterise.
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ISO 9886:2004(E)
By itself, t does not make it possible to evaluate the thermal physiological strain. It constitutes, however, an
sk
important criterion for the appraisal of thermal comfort.
5.2 Principle of the method
For a nude subject, the temperature at a given point of the body surface may be measured from a distance by
means of an infrared radiation transducer. This technique gives the mean temperature of the area, small or
large, of the skin, which is intercepted by the transducer. Otherwise, the temperature is measured by contact
with a temperature transducer fixed on the skin.
5.3 Interpretation
Skin temperature is influenced by
the thermal exchanges by conduction, convection, radiation and evaporation at the surface of the skin,
and
the variations of skin blood flow and of the temperature of the arterial blood reaching the particular part of
the body.
In dry environments, skin temperature responds, with a time constant of about 3 min, to variations of ambient
air temperature, radiation and air velocity.
The number of measuring points should be determined as a function of the degree of precision which is
wanted, the ambient conditions, the technical requirements and the degree of annoyance tolerated by the
subject.
As temperatures at the surface of the body are very heterogeneous in ambient conditions close to thermal
neutrality and in cold environments, weighting schemes with many measuring points should be used. In very
cold conditions, measurement of one or more finger and toe temperatures on both sides of the body may be
required for safety reasons.
In warm and hot ambient conditions, except in the presence of high asymmetrical radiation, local skin
temperatures tend to be homogeneous, so that the weighting scheme using few measuring points can be
used with accuracy.
6 Assessment of thermal strain on the basis of heart rate (HR)
6.1 General
−1
Heart rate (beats⋅min ) over a time interval t (in min) is defined as HR = n/t, where n is the number of
−1
heartbeats observed during this time interval. It is expressed in beats per minute (beats⋅min ). This value is
usually counted for time intervals of 1 min.
At any given time, the heart rate HR can be considered as the sum of several components, which are not
independent of each other:
HR = HR + ∆HR + ∆HR + ∆HR + ∆HR + ∆HR
0 M s T N ε
In the context of this standard, only the thermal component, ∆HR , will be examined.
T
6.2 Principle of the method
In an actual work situation, the component ∆HR can only be assessed during a break in the work, if the heart
T
rate at rest, HR , has been measured before and if the components due to static exertion and dynamic
0
muscular work can be disregarded.
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ISO 9886:2004(E)
When muscular work is stopped, heart rate starts decreasing rapidly. This trend of HR deceleration towards
resting values shows a break after a certain recovery time and the thermal component at the time of
measurement, i.e. the end of the working period, can be estimated by:
∆HR = HR − HR
T r 0
The recovery time of HR with respect to components due to static exertion and dynamic muscular work is
assumed to be 4 min; it can be greater if the metabolic rate during the previous working period was very high.
Therefore, it can be necessary to measure heart rate continuously during the first minutes of recovery.
6.3 Interpretation
The increase in heart rate of thermal origin ∆HR is very strongly related to the increase in t . The increase in
T cr
HR for an increase of 1°C in t is called thermal cardiac reactivity and is expressed in heartbeats per minute
cr
−1 −1
and per degree Celsius (beats⋅min ⋅ °C ). Interindividual variations of thermal reactivity are very important.
Even for the same subject, it varies according to the type of exertion made (and thus the muscular group
involved) and according to whether the thermal stress is exogenic (due to the climate) or endogenic (due
essentially to the metabolism). This interpretation must take these factors into account.
The size of the thermal component, ∆HR , is a direct indicator for the thermal component of the strain
T
experienced at that moment.
7 Assessment of physiological strain on the basis of body-mass loss (∆m ) due to
sw
sweating
7.1 Principle of the method
The gross body-mass loss (∆m ) of a person during a given time interval is the difference between the body
g
masses measured at the beginning and at the end of this interval.
∆m is the sum of several components:
g
∆m = ∆m + ∆m + ∆m + ∆m + ∆m + ∆m
g sw res o wat sol clo
In the context of this International Standard, the sweat loss (∆m ) and the net water balance of the body are
sw
considered.
7.2 Interpretation
In a warm environment, the sweat loss can be considered as an index of the physiological strain from thermal
origin, including not only the sweat that evaporates at the surface of the skin but also the fraction dripping from
the body surface or accumulating in the clothing.
The net water balance (∆m + ∆m + ∆m ) is to be considered in relation with the risk of dehydration of the
sw res wat
body. A regular intake of small volumes of water, over the entire exposure period, will be able to balance for
about 75 % of the water loss: this can be assumed to be the case for acclimatised workers. In the case of non-
acclimatised workers, on the contrary, the periodicity, the volume and the quality of water intake might not be
adequate and it is advisable to consider that the water loss is not compensated at all.
In comfortable or cooler conditions, the sweat loss and the body water balance are reduced and are of little
use. Howe
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 9886
Deuxième édition
2004-02-15
Ergonomie — Évaluation de l'astreinte
thermique par mesures physiologiques
Ergonomics — Evaluation of thermal strain by physiological
measurements
Numéro de référence
ISO 9886:2004(F)
©
ISO 2004
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ISO 9886:2004(F)
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ISO 9886:2004(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Références normatives. 2
3 Symboles et temes abrégés. 2
4 Mesurage de la température corporelle centrale (t ) . 3
cr
4.1 Généralités. 3
4.2 Techniques de mesurage des indicateurs de la température corporelle centrale. 4
5 Mesure de la température cutanée (t ). 7
sk
5.1 Généralités. 7
5.2 Principe de la méthode. 7
5.3 Interprétation. 7
6 Évaluation de l'astreinte thermique à partir de la fréquence cardiaque (HR) . 7
6.1 Généralités. 7
6.2 Principe de la méthode. 8
6.3 Interprétation. 8
7 Évaluation de l'astreinte physiologique à partir de la perte de la masse corporelle
due à la sudation (∆m ) . 8
sw
7.1 Principe de la méthode. 8
7.2 Interprétation. 9
Annexe A (informative) Comparaison des méthodes physiologiques d'évaluation de
l'astreinte thermique. 10
Annexe B (informative) Techniques de mesures . 13
Annexe C (informative) Valeurs limites des paramètres physiologiques d'astreinte thermique. 19
Bibliographie . 22
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ISO 9886:2004(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 9886 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 159, Ergonomie, sous-comité SC 5, Ergonomie de
l'environnement physique.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 9886:1992), qui a fait l'objet d'une
révision technique.
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ISO 9886:2004(F)
Introduction
Le présent document fait partie d'une série de normes consacrées à l'évaluation de la contrainte et de
l'astreinte thermique.
Cette série de Normes internationales vise en particulier
a) l'établissement de spécifications relatives aux méthodes de mesurage des paramètres physiques
caractérisant les ambiances thermiques;
b) l'établissement de méthodes d'évaluation de la contrainte thermique en ambiances froides, modérées et
chaudes.
Les méthodes d'analyse décrites par les autres normes de la série permettent de prévoir la réponse
physiologique moyenne de sujets exposés à une ambiance thermique. Certaines de ces méthodes ne sont
pas applicables lorsque les circonstances climatiques sont exceptionnelles, que les caractéristiques des
sujets exposés s'écartent fortement de la moyenne ou que des moyens de protection spéciaux sont utilisés.
Dans ces cas, ou dans le cadre de recherches, il peut se révéler utile, voire nécessaire, de recourir au
mesurage direct de l'astreinte physiologique subie par le sujet.
La présente Norme internationale dresse une série de spécifications relatives aux méthodes de mesurage et
d'interprétation des paramètres physiologiques reflétant la réponse de l'organisme humain placé en ambiance
thermique chaude ou froide.
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NORME INTERNATIONALE ISO 9886:2004(F)
Ergonomie — Évaluation de l'astreinte thermique par mesures
physiologiques
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale décrit les méthodes de mesure et d'interprétation des paramètres
physiologiques suivants:
la température corporelle centrale;
les températures cutanées;
la fréquence cardiaque;
la perte de masse corporelle.
Le choix des grandeurs à mesurer et des techniques à utiliser est laissé à l'appréciation des personnes
responsables de la santé des travailleurs. Ces personnes auront à tenir compte non seulement de la nature
des conditions thermiques, mais aussi du degré d'acceptation de ces techniques par les travailleurs
concernés.
II y a lieu d'insister sur le fait que des mesurages directs sur l'individu ne peuvent être réalisés qu'à deux
conditions:
a) lorsque la personne a été informée en détail de l'inconfort et des risques éventuels associés à la
technique de mesurage et consent librement à de tels mesurages;
b) lorsque les mesurages ne présentent pour la personne aucun risque qui soit inacceptable compte tenu
des codes d'éthique généraux ou spécifiques.
Afin de faciliter ce choix, l'Annexe A présente une comparaison des différentes méthodes en ce qui concerne
leur domaine d'application, leur complexité technique et la gêne et les risques qu'elles peuvent entraîner.
La norme définit les conditions à remplir pour assurer la fiabilité des informations recueillies à partir des
différentes méthodes. Les techniques de mesurage sont exposées en Annexe B. Les valeurs limites sont
proposées en Annexe C (informative).
La norme ne concerne pas les conditions expérimentales dans lesquelles des chercheurs peuvent être
amenés à développer des méthodes alternatives destinées à affiner les connaissances dans ce domaine. II
est cependant recommandé que, lors de ces études en laboratoire, les méthodes décrites ci-dessous soient
utilisées à titre de référence, de sorte que les résultats puissent être comparés.
Avant d'utiliser les méthodes d'évaluation décrites dans la présente Norme internationale, l'utilisateur doit
observer les règles déontologiques et juridiques en vigueur dans son pays ou son institution. Par conséquent,
il consultera les comités de déontologie et observera strictement les règles relatives au libre consentement
écrit, à la liberté de participation, à la confidentialité, etc.
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ISO 9886:2004(F)
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 7933, Ergonomie des ambiances thermiques — Détermination analytique et interprétation de la contrainte
thermique fondées sur le calcul de l'astreinte thermique prévisible
3 Symboles et termes abrégés
2
A surface du corps calculée selon la formule de Du Bois (m )
Du
−1
HR fréquence cardiaque (battements⋅min )
−1
HR fréquence cardiaque moyenne (battements⋅min ) du sujet au repos, en position assise dans des
0
conditions thermiques neutres
−1
HR fréquence cardiaque (battements⋅min ) lors d'une pause pendant le travail, après que les
r
composantes de la fréquence cardiaque dues aux efforts statiques et au travail musculaire
dynamique aient disparu
−1
HR limite de la fréquence cardiaque (battements⋅min )
L
−1
∆HR élévation de la fréquence cardiaque (battements⋅min ) liée au métabolisme de travail
M
−1
∆HR élévation de la fréquence cardiaque (battements⋅min ) liée à la production d'efforts musculaires
s
statiques
−1
∆HR élévation de la fréquence cardiaque (battements⋅min ) liée à l'astreinte thermique subie par le sujet
T
−1
∆HR élévation de la fréquence cardiaque (battements⋅min ) due à des facteurs psychologiques
N
−1
∆HR composante résiduelle dans la fréquence cardiaque (battements⋅min ) liée au rythme de la
ε
respiration, au rythme circadien, etc.
I isolement thermique du vêtement (clo)
cl
k coefficient de pondération d'un point de mesurage
i
∆m variation de la masse corporelle
2
M métabolisme énergétique moyen (W/m )
∆m variation de la masse due à la variation du vêtement ou à l'accumulation de sueur dans celui-ci
clo
∆m perte brute de masse corporelle
g
∆m perte de masse due à la différence de masse entre le dioxyde de carbone et l'oxygène
o
∆m perte de masse due à l'évaporation dans les voies respiratoires
res
∆m variation de la masse due à la prise (nourriture) et à l'excrétion (matières fécales) de solides
sol
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∆m perte de masse due à la perte sudorale durant l'intervalle de temps donné
sw
∆m variation de la masse corporelle due à la prise et à l'excrétion (urine) d'eau
wat
p pression partielle de vapeur d'eau dans l'air (kPa)
a
R quotient respiratoire (sans dimension)
∆t intervalle de temps (min)
t température intra-abdominale (°C)
ab
t température du conduit auditif (°C)
ac
t température corporelle centrale (°C)
cr
t température œsophagienne (°C)
es
t température buccale (°C)
or
t température rectale (°C)
re
t température cutanée (°C)
sk
t température cutanée locale au point i (°C)
ski
t température tympanique (°C)
ty
t température urinaire (°C)
ur
4 Mesurage de la température corporelle centrale (t )
cr
4.1 Généralités
Le terme «noyau» («parties profondes») fait référence à l'ensemble des tissus situés assez profondément
pour ne pas être affectés par un gradient de température à travers les tissus superficiels. Toutefois, à
l'intérieur du noyau, des différences de température sont possibles en fonction des métabolismes locaux, de
la densité des réseaux vasculaires et des variations locales de débit sanguin. La température du noyau n'est
donc pas une grandeur unique et mesurable en tant que telle. Cette température peut être approchée par la
mesure de la température en différentes parties du corps:
l'œsophage: température œsophagienne (t );
es
le rectum: température rectale (t );
re
le tractus gastro-intestinal: température intra-abdominale (t );
ab
la bouche: température buccale (t );
or
le tympan: température tympanique (t );
ty
le conduit auditif: température du conduit auditif (t );
ac
la température urinaire (t ).
ur
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L'ordre de présentation de ces différentes techniques a été adopté uniquement pour la simplicité de l'exposé.
En fonction de la technique adoptée, la température mesurée peut refléter
la température moyenne de la masse corporelle, ou
la température du sang irriguant le cerveau et dès lors influençant les centres de thermorégulation de
l'hypothalamus. Cette température est habituellement considérée comme décrivant l'astreinte thermique
subie par le sujet.
4.2 Techniques de mesurage des indicateurs de la température corporelle centrale
4.2.1 Température oesophagienne (t )
es
4.2.1.1 Principe de la méthode
Le capteur de température est introduit dans la partie inférieure de l'œsophage qui est en contact sur une
longueur de 50 mm à 70 mm avec la face antérieure de l'oreillette gauche et la face postérieure de l'aorte
descendante. Placé à ce niveau, le capteur de température enregistre les variations de la température du
sang artériel avec un temps de latence très court.
Dans sa partie supérieure, l'œsophage est appliqué contre la trachée et la mesure de température à ce
niveau est influencée par la ventilation. À l'inverse, si le capteur est placé trop bas, il enregistre la température
gastrique.
Le capteur est également influencé par la température de la salive avalée par le sujet. La température
œsophagienne est dès lors donnée non par la valeur moyenne des températures enregistrées, mais par les
valeurs de pointe. Ceci est particulièrement important dans le cas d'environnements froids où la salive peut
être fraîche.
4.2.1.2 Interprétation
De toutes les mesures indirectes de t mentionnées en 4.2.1.1, t est celle qui reflète le mieux les variations
cr es
de température du sang artériel à la sortie du cœur, et très probablement la température du sang irriguant les
centres de thermorégulation dans l'hypothalamus.
4.2.2 Température rectale (t )
re
4.2.2.1 Principe de la méthode
Le capteur de température est introduit dans le rectum; celui-ci étant entouré d'une masse importante de
tissus abdominaux de faible conductibilité thermique, la température rectale est indépendante des conditions
ambiantes.
4.2.2.2 Interprétation
Lorsque le sujet est au repos, la température rectale est la plus élevée des températures corporelles. À
l'inverse, lorsque le sujet est au travail, t est directement influencée par la production de chaleur des
re
muscles locaux: à dépense énergétique égale par unité de temps, t est plus élevée lorsque le travail est
re
effectué avec les jambes que lorsqu'il est réalisé exclusivement avec les bras.
t reflète essentiellement la température moyenne de la masse corporelle. Elle ne peut être considérée
re
comme un indicateur de la température du sang et dès lors de la température des centres de
thermorégulation, que pour autant que l'accumulation de chaleur soit lente et que le travail concerne le corps
entier.
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En cas d'accumulation lente et lorsque le travail est essentiellement effectué avec les jambes, la mesure de
t conduit à une légère surévaluation de la température des centres de thermorégulation.
re
À l'inverse, en cas d'accumulation rapide, lors d'une contrainte thermique intense et de courte durée, t
re
s'élève plus lentement que la température des centres de thermorégulation, poursuit son élévation au-delà du
temps d'exposition pour enfin décroître progressivement. Les vitesses d'augmentation et les retards sont
fonction des conditions d'exposition et de récupération. Dans ces cas, la valeur de t est inappropriée pour
re
l'évaluation de l'astreinte subie par la personne.
4.2.3 Température intra-abdominale (t )
ab
4.2.3.1 Principe de la méthode
Un capteur de température est ingéré par le sujet. Durant son transit par le tube digestif, la température
mesurée va varier suivant que le capteur est localisé dans une zone proche de gros vaisseaux artériels ou
d'organes ayant un métabolisme local important ou, au contraire, près des parois abdominales.
4.2.3.2 Interprétation
Lorsque le capteur est dans l'estomac ou le duodénum, les variations de température observées sont
similaires à celles de t et la différence entre ces deux températures est très faible. Au fur et à mesure que le
es
capteur progresse dans l'intestin, les caractéristiques de la température mesurée se rapprochent de celles
décrites pour t . Dès lors, l'interprétation dépend du temps écoulé depuis l'ingestion du capteur et de la
re
vitesse du transit gastro-intestinal chez l'individu étudié.
Dans l'état actuel des connaissances, t semble être indépendante des conditions climatiques extérieures,
ab
sauf en cas d'exposition de l'abdomen à un flux intense de rayonnement.
4.2.4 Température buccale (t )
or
4.2.4.1 Principe de la méthode
Le capteur est placé sous la langue et est donc en contact avec les branches profondes de l'artère linguale. II
permet dès lors une mesure satisfaisante de la température du sang influençant les centres de
thermorégulation.
Néanmoins, la température mesurée dépend des conditions extérieures. Lorsque la bouche est ouverte, les
échanges thermiques par convection et évaporation à la surface des muqueuses buccales contribuent à
abaisser la température de la cavité buccale. Même lorsque la bouche est fermée, la température peut être
significativement abaissée en fonction d'une diminution de la température cutanée de la face, ou élevée
lorsque la face est exposée à un flux intense de rayonnement thermique.
4.2.4.2 Interprétation
Lorsque les conditions de mesurage sont respectées, t est très proche de t . Chez le sujet au repos et dans
or es
des ambiances où la température de l'air est supérieure à 40 °C, t peut surestimer t de 0,25 °C à 0,4 °C.
or es
Chez le sujet au travail, la concordance entre t et t n'est établie que pour les niveaux d'efforts musculaires
or es
ne dépassant pas 35 % de la puissance aérobie maximale du sujet.
4.2.5 Température tympanique (t )
ty
4.2.5.1 Principe de la méthode
Cette méthode a pour objet de mesurer la température de la membrane tympanique dont la vascularisation
provient, pour une part, de l'artère carotide interne, qui irrigue également l'hypothalamus. L'inertie thermique
du tympan étant faible, de par sa faible masse et son importante vascularisation, sa température suit les
variations de la température du sang artériel, qui influence les centres de thermorégulation.
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Cependant, la membrane tympanique étant également vascularisée par l'artère carotide externe, sa
température est influencée par les échanges thermiques locaux dans le territoire vascularisé par cette artère.
Le contact d'un capteur avec la membrane tympanique (ou la zone l'entourant) étant douloureux, soit la sonde
thermique est placée aussi près que possible de la membrane tympanique ou sa température est mesurée
par un dispositif à rayonnement infrarouge (IR) propre à mesurer la température superficielle et dirigé vers la
membrane. Cependant, la méthode à rayonnement infrarouge rencontre souvent d'importants problèmes
dans la pratique (voir B.1.6).
4.2.5.2 Interprétation
t présente des variations parallèles à celles de t lors des variations rapides du contenu thermique du
ty es
noyau, que celles-ci soient d'origine métabolique ou dues à l'environnement. L'écart observé entre ces deux
températures, ou entre t et t , est toutefois influencé par les échanges de chaleur autour de l'oreille et de la
ty re
surface cutanée de la tête.
4.2.6 Température du conduit auditif (t )
ac
4.2.6.1 Principe de la méthode
Le capteur est dans ce cas placé contre les parois du méat auriculaire, à proximité immédiate du tympan.
Celles-ci sont vascularisées à partir de l'artère carotidienne externe et leur température est influencée à la fois
par la température du sang artériel dans le cœur et par les variations du débit sanguin cutané au niveau de
l'oreille et du cuir chevelu. Un gradient de température est par conséquent observé entre le tympan et l'orifice
externe du méat auriculaire. Ce gradient peut être réduit en isolant de manière appropriée l'oreille du climat
extérieur.
4.2.6.2 Interprétation
Les règles d'interprétation sont semblables à celles présentées pour la température tympanique. La
température du conduit auditif présente donc, comme t , des variations parallèles à celles de t .
ty es
Cependant, les écarts positifs observés en ambiance très chaude ou les écarts négatifs observés en
ambiance froide par rapport à t sont systématiquement plus élevés que ceux observés pour t . Par
es ty
conséquent, t peut être considérée plutôt comme un indicateur des températures combinées du noyau et de
ac
la peau que comme un indicateur de la température du noyau seulement.
Ce site de mesurage de la température est accepté par certains comme un compromis indispensable entre la
précision de l'évaluation et la facilité d'utilisation pour le porteur et l'observateur.
4.2.7 Température urinaire (t )
ur
4.2.7.1 Principe de la méthode
La vessie et son contenu peuvent être considérés comme faisant partie du noyau du corps. Le mesurage de
la température de l'urine lors de la miction parait donc susceptible de renseigner sur le niveau de la
température t . Le mesurage est réalisé au moyen d'un capteur de température introduit dans un dispositif de
cr
recueil de l'urine. Par définition, la réalisation du mesurage est dépendante du degré de remplissage vésical.
4.2.7.2 Interprétation
La température urinaire présente des variations parallèles à celles de t , mais la constante de temps est
re
quelque peu supérieure. En valeur réelle, t est systématiquement inférieure à t de 0,2 °C à 0,5 °C.
ur re
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5 Mesure de la température cutanée (t )
sk
5.1 Généralités
La température mesurée à la surface de la peau varie fortement sur toute la surface corporelle et ce d'autant
plus que les conditions ambiantes sont froides. Pour cette raison, il convient de distinguer
la température cutanée locale (t ) mesurée en un point spécifique de la surface du corps, et
sk
la température cutanée moyenne (t ) sur la surface entière du corps, qui est difficilement mesurable
sk
directement, mais peut être estimée en pondérant un certain nombre de températures cutanées locales
en fonction des surfaces qu'elles caractérisent.
En elle-même, t ne permet pas d'évaluer l'astreinte physiologique d'origine thermique. Elle constitue en
sk
revanche un critère important pour l'évaluation des conditions de confort thermique.
5.2 Principe de la méthode
Chez un sujet nu, la température en un point quelconque de la surface corporelle peut être mesurée à
distance au moyen d'un capteur de rayonnement infrarouge. Cette technique donne la température moyenne
sur la surface plus ou moins grande de la peau interceptée par le capteur. À défaut, la température est
mesurée par contact au moyen d'un capteur de température fixé sur la peau.
5.3 Interprétation
La température cutanée est influencée par
les échanges thermiques par conduction, convection, rayonnement et évaporation à la surface de la peau,
ainsi que
les variations de débit sanguin cutané et de température du sang artériel en ce point particulier du corps.
En ambiance sèche, la température cutanée répond, avec une constante de temps d'environ 3 min, aux
variations de température d'air, de rayonnement et de vitesse d'air ambiantes.
Il convient de choisir le nombre de points de mesurage en fonction du degré de précision souhaité, des
conditions ambiantes, des exigences techniques et de la gêne occasionnée, tolérée par le sujet.
Étant donné que les températures à la surface du corps sont très hétérogènes en ambiances proches de la
neutralité thermique, et a fortiori en ambiances froides, il convient d'utiliser des schémas de pondération avec
de nombreux points de mesurage. En ambiances très froides, le mesurage de la température d'un ou de
plusieurs doigts ou d'un ou plusieurs orteils des deux côtés du corps peut être requis pour des raisons de
sécurité.
En ambiances chaudes et très chaudes, excepté en présence d'un rayonnement élevé asymétrique, les
températures cutanées locales ont tendance à être homogènes, de sorte que des schémas de pondération à
peu de points de mesurage peuvent être utilisés avec précision.
6 Évaluation de l'astreinte thermique à partir de la fréquence cardiaque (HR)
6.1 Généralités
−1
La fréquence cardiaque (battements⋅min ) sur un intervalle de temps t (min) est définie par HR = n/t, où n est
le nombre de battements cardiaques observés durant cet intervalle de temps. Elle est exprimée en
−1
battements par minute (battements⋅min ). Cette valeur est en général comptée pour des intervalles de 1 min.
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ISO 9886:2004(F)
À tout instant, la fréquence cardiaque, HR, peut être considérée comme étant la somme de plusieurs
composantes qui ne sont pas indépendantes les unes des autres:
HR = HR + ∆HR + ∆HR + ∆HR + ∆HR + ∆HR
0 M s T N ε
Dans le contexte de la présente Norme internationale, seule la composante thermique, ∆HR est examinée.
T
6.2 Principe de la méthode
En situation de travail réelle, la composante ∆HR ne peut être évaluée qu'au cours d'un pause dans le travail,
T
si la fréquence cardiaque de repos, HR , a été mesurée avant et si les composantes dues aux efforts
0
statiques et au travail musculaire dynamique peuvent être négligées.
Lors de l'arrêt du travail musculaire, la fréquence cardiaque commence à diminuer rapidement. Cette courbe
de décroissance de HR en fonction des valeurs de repos présente donc une discontinuité après un certain
temps de récupération et la composante au moment de la mesure, c'est-à-dire la fin de la période de travail,
peut être estimée par
∆HR = HR − HR
T r 0
Le temps de récupération de HR eu égard aux composantes dues aux efforts statiques et au travail
musculaire dynamique est supposé de 4 min; il peut être plus long si le métabolisme de travail était très é
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.