Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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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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4. Applications aux systèmes de protection
Connaissant les critères de lésions de la tête humaine, il devient désormais possible de concevoir, de valider, d'évaluer et d'optimiser un système de protection de celle-ci relativement à ces critères biomécaniques. Cela nécessite de disposer du MEF de la tête humaine présenté plus haut, ainsi que d'un MEF du système de protection considéré. Ce dernier devra être préalablement validé pour un ensemble de configurations de chocs donné. Une fois le couplage des deux modèles réalisés, le modèle complet regroupant la tête et le système de protection peut être soumis à impact. Lors de cette simulation numérique, les grandeurs mécaniques calculées sont comparées aux limites de tolérance des tissus. Cette comparaison détermine la capacité de protection du système en question. Cette méthode permet même de discriminer certaines lésions. En effet, un système de protection pourra être considéré comme efficace contre une lésion donnée tout en étant moins performant, voire néfaste, pour une autre lésion. On peut ainsi développer un système de protection spécifique à un type de lésion, même si l'objectif idéal d'un système de protection reste de protéger contre l'ensemble des lésions dont un segment anatomique peut souffrir.
Par ailleurs, cette méthode numérique autorise une évaluation des normes existantes vis-à-vis de critères biomécaniques. Cet aspect, rarement étudié jusqu'à présent, est fondamental pour quantifier le niveau d'agressivité et l'aspect protecteur d'une structure homologuée. Une fois évalués, ces systèmes de protection, dans leur version numérique, couplés aux MEF de segments anatomiques humains peuvent alors être optimisés avant la fabrication longue et onéreuse de solutions physiques, tout en s'assurant de leur efficacité à protéger l'être humain.
Deux organes de protection sont présentés ci-après dans leur interaction avec la tête. Il s'agit du casque de motocycliste et du pare-brise automobile. D'autres systèmes de protection, comme les airbags, peuvent rentrer dans une démarche identique.
4.1 Casque de motocycliste
Le casque de motocycliste, présenté ici, est un casque intégral possédant une coque externe en polycarbonate et une coiffe interne en polystyrène expansé. La géométrie...
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BIBLIOGRAPHIE
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(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).
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(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).
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(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).
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(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).
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(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,...
ANNEXES
Suite de logiciels de simulation numérique Altair Hyperworks commercialisée par la société Altair Engeneering France, 2 avenue de la Renaissance, 92184 ANTONY CEDEX, France.
HAUT DE PAGE
BS 6658 - 1985 - British Standard Specification for Protective Helmets for Vehicle Users - -
HAUT DE PAGE3.1 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.
HAUT DE PAGE3.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)
École nationale supérieure de physique de Strasbourg...
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