Acquérir des données scientifiques sur la tolérance physique du corps humain aux chocs.
Les données acquises vont contribuer à définir et améliorer les mannequins de choc dans le domaine de la sécurité routière. Physiques ou bien virtuels, ceux-ci sont utilisés en crash-tests pour quantifier le niveau de sécurité des véhicules.
Nouveaux domaines :
– la sécurité des soldats à bord de véhicules soumis à une agression par engin explosif improvisé
– la sécurité des opérateurs travaillant dans un environnement de robots collaboratifs (Cobots).
– Améliorer la connaissance mécanique des matériaux biologiques humains.
– Investiguer l’effet des chocs sur le corps humain par l’expérimenation.
– Améliorer la description de la diversité des individus.
– Évaluer la biofidélité des mannequins et la pertinence des critères de protection associés.
– Traduire en modèles numériques la connaissance acquise par l’expérimentation.
– Capitaliser et disséminer les résultats par des publications scientifiques.
Les mannequins de choc
Pour les constructeurs de véhicules automobiles (ou d’autres produits mécaniquement dangereux) , les mannequins de choc sont indispensables à la mise au point des systèmes qui vont protéger les occupants. Ils sont instrumentés avec des capteurs (force, accélération, déflexion, pression) sur les segments corporels les plus concernés.
Un mannequin est dédié à un type de choc. Il existe ainsi des mannequins pour le choc frontal, le choc latéral, le choc arrière.
Au cours d’un crash-test, les valeurs enregistrées par les capteurs sur mannequin sont traduites en risque de lésions. Pour chaque segment corporel, des seuils d’acceptabilité sont discutés et définis:
Les modèles numériques d’être humain
Grâce à la puissance grandissante des calculateurs, les modèles numériques d’être humain sont de plus en plus utilisés et de plus en plus raffinés: les structures anatomiques sont maintenant bien décrites, avec des propriétés différentes pour chaque organe, pour chaque tissu biologique (os, muscle…).
Multiplié par 200 en 20 ans, le nombre d’éléments qui traduit la finesse du modèle atteint maintenant 2 millions…
Les essais virtuels fournissent des informations inaccessibles par les essais physiques. Pour chaque partie du corps, il est possible d’observer les déformations locales, les efforts appliqués… Etant omni-directionnels, contrairement aux mannequins, les mêmes modèles peuvent être utilisés dans des situations non couvertes par les mannequins.
Grâce aux évolutions récentes des outils numériques, il est maintenant possible de personnaliser un modèle d’être humain en l’adaptant à la morphologie d’un individu particulier (même poids, même taille).
Pour le squelette, les images scanner pourront être utilisées afin d’adapter le modèle au sujet considéré. La dimension des os ainsi que leurs propriétés en terme de résistance pourront être également adaptées.
Les modèles numériques de mannequin
Pendant la phase de conception des systèmes de protection, l’utilisation des modèles numériques de mannequin est devenue courante. Elle permet l’étude rapide et qualitative de solutions techniques avant même l’existence de prototypes. Tout comme leurs homologues physiques, les mannequins virtuels sont également équipés de capteurs et permettent de quantifier le niveau de sécurité d’un véhicule…virtuel.
Simuler des chocs en laboratoire, de manière simplifiée et maîtrisée.
Il ne s’agit pas de reproduire un accident réel, mais un pseudo-accident correspondant à un type d’impact, en se focalisant sur le segment corporel étudié.
L’habitacle ainsi que les moyens de retenue (ex:ceinture, sac gonflable) sont simplifiés et représentatifs, de sorte que les essais puissent être dupliqués par un autre laboratoire.
Dans les mêmes conditions expérimentales, le choc est reproduit:
Afin d’obtenir différentes sévérités, l’intensité du choc est contrôlée et modulée.
Mettre en relation des mesures enregistrées sur mannequin avec les bilans lésionnels.
– Sur sujet humain post-mortem (SHPM), les bilans lésionnels sont établis et codés suivant une échelle de gravité. Les lésions obtenues sont comparées avec celles rencontrées en accidentologie afin de s’assurer que l’essai de laboratoire est une image fidèle de la réalité.
– Sur mannequin, on enregistre des mesures à partir des capteurs présents sur l’ensemble des parties du corps.
Les pseudo-accidents sont reproduits un certain nombre de fois, en faisant varier l’intensité
L’ensemble des résultats obtenus va permettre d’établir les relations entre risque de lésion et la valeur du critère. Ces relations sont dites courbes de risque.
La courbe de risque définit la relation entre le risque de lésions d’une gravité donnée et le critère obtenu à partir d’une mesure physique sur mannequin.
Lors d’un crash-test sur un véhicule donné, les critères de risque sont calculés pour chaque segment corporel.
Les concepteurs peuvent ainsi évaluer le niveau de protection offerte par le véhicule testé. Les seuils à ne pas dépasser sont définis par la règlementation.
À noter : Il existe une famille de mannequin afin de représenter la diversité de la population, du nouveau-né aux adultes de petite, moyenne et grande tailles. À chaque mannequin, correspondent des courbes de risques.
Le DTBM est une équipe pluri-disciplinaire permettant:
-la mise en œuvre et la réalisation d’expérimentations, sur substituts du corps humain (mannequin, sujet humain post-mortem)
-la conception et la réalisation de bancs d’essais
-l’analyse de données expérimentales
-la simulation numérique avec des modèles d’être humain, mannequin…
-le développement d’outils d’aide à la simulation (ex: personnalisation de modèle).
QU’EST CE QU’UN CHOC ?
En biomécanique, on désigne par choc (ou impact), un évènement au cours duquel un contact bref survient sur une partie du corps humain. Celui-ci peut être générateur de lésions plus ou moins graves, selon son intensité et sa durée.
La durée d’un impact peut se définir comme le temps pendant lequel l’effort est appliqué sur le corps humain. Il est variable suivant le domaine. Par exemple :
L’intensité d’un choc
Afin de montrer l’effet de la vitesse sur la déformation d’un véhicule, Mr Casadei, a eu l’idée de déformer des tubes en compression, impactés par une masse rigide lancée à différentes vitesses.
Cette expérience, menée à des fins pédagogiques, montre l’effet important de la vitesse d’impact et les gains importants à attendre des systèmes permettant de réduire la vitesse d’impact.
L’orgue de Casadei, créé par Mr Casadei, ingénieur chez Renault.
Les tubes sont rangés en ordre décroissant de vitesse d’impact. Leurs écrasements sont proportionnels à la vitesse au carré.
Qu’est-ce que la biofidèlité d’un mannequin ?
Lorsque le mannequin reproduit de façon satisfaisante le comportement mécanique (cinématique, déformations) des occupants lors d’un choc, il est dit biofidèle.
GHBM (Global Human Body Model)
L’un des modèles les plus évolués
