Biomécanique des chocs

La mission du Département de Traumatologie et BioMécanique des chocs (DTBM) est de caractériser la réponse du corps humain aux chocs, en documentant par l’expérimentation l’occurrence des lésions et la cinématique des différents segments corporels. Le but est de traduire cette connaissance sur les outils de l’industrie, tels que les mannequins de crash tests ou les modèles numériques de corps humain, afin qu’ils soient capables d’évaluer le risque de blessure dans des conditions d’impacts variées.

Le DTBM contribue au développement, à l’évaluation, et à l’optimisation de ces outils, dans une démarche d’amélioration continue.

Enjeux

Protéger l’humain en cas de choc

Lorsque l’accident survient, ce sont les systèmes de sécurité intrinsèques au véhicule qui sont chargés de limiter les effets du choc sur les occupants.

Pour développer ces systèmes et les évaluer lors de crash tests, les industriels de l’automobile placent, depuis les années 1970, des instruments de mesure anthropomorphes sur les sièges dans l’habitacle : les mannequins. Dans les années 1990 apparaît un nouvel outil, le modèle numérique de corps humain, rendu possible par l’augmentation de la capacité de calcul des ordinateurs. En numérique, le corps humain est modélisé par un assemblage de petits éléments auxquels on assigne des propriétés matériau, et la déformation globale à l’impact est prédite grâce à des équations mathématiques. L’EuroNCAP envisage d’utiliser cet outil dans des crash-tests virtuels d’ici à 2030 pour évaluer la protection offerte par les nouveaux véhicules.

De la pertinence de ces outils physiques et numériques dépend l’efficacité des systèmes de sécurités mis au point par les industriels.

Ces outils représentant le corps humain ont pu être développés grâce à des tests d’impact en laboratoire sur Sujets Humains Post Mortem (SHPM) issus du don du corps à la science. Ces expérimentations sur SHPM ont permis d’une part de générer des corridors de réponse mécanique, aussi appelés corridors de biofidélité, et d’autre part de déterminer les seuils de tolérance avant lésion selon certaines mesures physiques (effort, accélération, déformation, …). Pour les modèles numériques de corps humain, on est allé encore plus loin avec des essais mécaniques sur des tissus biologiques (os, cartilages, muscles, organes abdominaux, …) afin d’en déterminer les propriétés.

Malgré une recherche qui se déroule depuis plusieurs dizaines d’années, il existe encore de nombreuses marges de progrès pour améliorer la fiabilité et la pertinence des mannequins et des modèles numériques.

Le DTBM y contribue en mettant au point des expérimentations sur SHPM ou tissus biologiques, répliquées sur mannequins physiques ou numériques. Les mesures et observations issues de ces expériences vont servir :

• à identifier les limites du champ d’application des ces outils (vitesses et direction d’impact, posture initiale),
• à générer des nouveaux corridors de biofidelité pour des postures ou des sollicitations encore non explorées,
• à développer des courbes de risques de lésions adaptées aux différents mannequins et modèles numériques.

Par ailleurs, le DTBM développe des méthodes et définit des bonnes pratiques pour rendre aisé et robuste l’utilisation des modèles numériques de corps humain dans des crashs tests virtuels. En effet, la manipulation de ces modèles composés de 2 millions d’éléments revêt une complexité particulière et une connaissance pointue de la chaîne outillée : logiciels avant et après le calcul, ainsi que des codes de calcul eux-mêmes qui peuvent donner des résultats différents pour un même modèle de corps humain.