Article de référence | Réf : RE129 v1

Autres applications
Systèmes biomécaniques appliqués à la sécurité dans les moyens de transport

Auteur(s) : Daniel BAUMGARTNER

Date de publication : 10 juil. 2009

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RÉSUMÉ

L’être humain n’est pas naturellement constitué pour subir les sollicitations extrêmes de certains moyens de transport modernes, tels que la voiture, le train ou encore l’avion. Des système de protection « artificiels » prennent alors le relais du corps et tente de protèger toute partie de ce corps humain exposé en cas d’accident. Cet article dresse une présentation des systèmes biomécaniques appliqués à la sécurité dans les moyens de transport. Une modélisation par éléments finis de la tête humaine est présentée ; elle permet de comprendre ses mécanismes de lésions et ses limites de tolérance. Les applications aux systèmes de protection, tels que le casque de motocycliste et le pare-brise d’automobile, sont ensuite détaillées. Puis, d’autres applications sont également abordées, dans des domaines aussi variés que la protection de l’enfant, la balistique ou encore la médecine légale.

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ABSTRACT

Biomechanical systems applied to safety in transportation means

The human being is not naturally constituted in such a way that it can withstand the extreme stresses of certain modern transportation means such as the car, train or plane. "Artificial" protection systems take over the body and attempt to protect it in every way when exposed to an accident. This article presents the biomechanical systems applied to safety in transportation means. A modeling by finite elements of the human head is presented; it allows for the understanding of injury mechanisms and their tolerance limits. The applications to protection systems, such as the motorcyclist helmet and the car windshield are then detailed. Other applications are also dealt with in domains as varied as child protection, ballistics or forensics.

Auteur(s)

INTRODUCTION

L'étude des systèmes biomécaniques, tel l'ensemble tête-cou, contribue à améliorer la sécurité dans les moyens de transport. En effet, les outils développés par cette discipline, que ce soit des prototypes physiques ou des modèles numériques par éléments finis, sont autant de moyens de déterminer la réponse dynamique du corps humain en cas de sollicitations extrêmes. Ces outils constituent également de précieuses aides à la conception, la validation, l'évaluation et l'optimisation des systèmes de protection.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-re129

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5. Autres applications

5.1 Protection de l'enfant

Les analyses évoquées jusqu'ici s'adressent essentiellement à l'adulte. Or, les segments anatomiques humains évoluent toute la vie durant, autant sur le plan anatomique, donc géométrique, qu'au niveau du comportement mécanique. En effet, on note bien des différences entre l'adulte, le nourrisson, le jeune enfant, l'adolescent et la personne âgée. Tous ces acteurs se servent néanmoins des mêmes modes de transport. Il est alors aisément concevable qu'il y a nécessité d'adapter les systèmes de protection à l'usager.

Une attention toute particulière est portée ici à l'enfant de trois ans dont un MEF de la tête est illustré en figure 6. L'enfant, n'étant pas simplement un petit adulte, une grossière homothétie, pour déduire un MEF de la tête de celui de l'adulte, n'est pas possible, tant sur le plan de la géométrie que sur celui du comportement mécanique. La structure osseuse de son crâne, par exemple, n'est pas simplement constituée de plaques reliées entre elles par des sutures rigides, comme cela est le cas pour l'adulte, mais par des tissus souples, cartilagineux, appelés « fontanelles ». Il est ainsi essentiel de prendre en compte ces fontanelles dans toute approche de modélisation, étant donné que ces structures modifieront immanquablement la réponse dynamique de la tête soumise à un impact. De surcroit, les mécanismes de lésions, ainsi que les limites de tolérance des tissus, ne sont pas identiques à ceux déterminés pour l'adulte. Les systèmes de protection de l'enfant, comme le siège bébé par exemple, doivent ainsi tenir compte de ces différences de critères de lésion spécifiques. Les premiers résultats de ces études montrent que la tête de l'enfant de trois ans se déforme globalement plus que celle de l'adulte et les os du crâne son bien moins exposés à la fracture du fait de leur relative mollesse. Il semble également que le cerveau de l'enfant est mieux protégé contre les chocs du fait de l'épaisseur importante de l'interface entre le cerveau et le crâne comparée à cette même épaisseur chez l'adulte [8]...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BAUMGARTNER (D.), WILLINGER (R.) -   Human head tolerance limits to specific injury mechanisms inferred from real world accident numerical reconstruction.  -  Revue Européenne des Éléments Finis, vol. 14, n o 4-5, p. 421-444 (2005).

  • (2) - YOGONANDAN (N.), PINTAR (F.A.), SANCES (A.), WALSH (P.R.) , EWING (C.L.), SNYDER (T.), SNYDER (R.G.) -   Biomechanics of skull fracture.  -  Proceedings of the 1994 Head Injury Symposium Washington DC, USA, p. 227-236 (1994).

  • (3) - TROSSEILLE (X.) -   Contribution à la recherche d'une alternative au critère de tolérance cérébrale (HIC) dans un environnement automobile.  -  Thèse de Doctorat ENSAM, Paris (1992).

  • (4) - NAHUM (A.M.), SMITH (R.), WARD (C.C.) -   Intracranial pressure dynamics during head impact.  -  Proceedings of the 1977 STAPP Car Crash Conference, p. 339-366 (1977).

  • (5) - NAKAHIRA (Y.), FURUKAWA (K.), NIIMI (H.), ISHIHARA (T.) , MIKI (K.), MATSUOKA (F.) -   A combined evaluation method and modified maximum likelihood method for injury risk curves.  -  Proceedings of the 2000 IRCOBI Conference,...

1 Outils logiciels

Suite de logiciels de simulation numérique Altair Hyperworks commercialisée par la société Altair Engeneering France, 2 avenue de la Renaissance, 92184 ANTONY CEDEX, France.

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2 Normes et standards

BS 6658 - 1985 - British Standard Specification for Protective Helmets for Vehicle Users - -

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3 Annuaire

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3.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Suite de logiciels de simulation numérique Altair Hyperworks Altair Engeneering France, 2 avenue de la Renaissance, 92184 ANTONY CEDEX, France.

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3.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

École nationale supérieure de physique de Strasbourg...

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