Article de référence | Réf : RE129 v1

Conclusion
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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6. Conclusion

Les outils numériques, tels les modèles par éléments finis de tissus vivants ou de structures inertes, sont de puissants atouts pour l'étude de divers phénomènes physiques. Ainsi, ils constituent une étape essentielle dans la détermination des mécanismes de lésions spécifiques de la tête humaine et des limites de tolérance des tissus incriminés. Cette étape s′inscrit certes dans une méthodologie plus large de reconstruction expérimentale, analytique et numérique d′accidents réels. Il est, par ailleurs, tout aussi essentiel de valider ces modèles par éléments finis de segments anatomiques humains, tel la tête, au préalable, en comparant leur réponse dynamique aux mesures expérimentales correspondantes. Ces modèles, ainsi validés, peuvent alors servir à concevoir, évaluer, valider et optimiser divers systèmes de protection contre les chocs, comme les casques de motocyclistes, les pare-brise d'automobile, ou encore les airbags. Ce développement est ainsi réalisé vis-à-vis de critères biomécaniques précis, relatifs à des lésions spécifiques, et non plus en regard d'une norme existante. C′est là que réside une autre application possible de ces méthodes numériques dans la mesure où elles peuvent contribuer à faire évoluer les normes, de façon à toujours mieux protéger. Par ailleurs, les outils développés, ouvrent également d'autres champs d'application tels que la balistique ou la médecine légale. Dans cette dernière discipline, les modèles par éléments finis, assortis de leurs critères biomécaniques de lésions consécutives à un traumatisme, permettent de valider ou d′infirmer un scénario d'accident, et constituent ainsi une aide précieuse et innovante dans une investigation judiciaire. Enfin, ces méthodes, bien moins coûteuses en temps et en argent que leurs pendants expérimentaux, peuvent être étendues à la conception de systèmes de protection contre les chocs des enfants ou des personnes âgées, systèmes qui diffèrent de ceux destinés aux adultes en général.

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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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