BIOCODYN
Modélisation et interprétation des déformations de cibles homogènes et hétérogènes sous l'effet d'impacts localisés : interprétation biomécanique de l’essai du cône dynamique d’enfoncement
La technique du cône dynamique sur bloc de gel synthétique semble à ce jour constituer une des méthodes les plus prometteuses pour l’évaluation des risques lésionnels sous l’effet de chocs localisés. En effet, elle permet la mesure directe du processus dynamique de déformation d’un matériau support dont les caractéristiques en termes d’amplitude et de vitesse de déformation et le type de loi de comportement (hyperélastique non linéaire) sont proches de celle des tissus organiques humains - et peuvent être ajustées au moyen de la formulation du gel pour simuler diverses régions anatomiques ou différentes morphologies individuelles.
D’autres modèles physiques ont été évalués ou développés au cours des 15 dernières années pour étudier les risques lésionnels dans ce contexte (principalement pour le cas des effets arrière des gilets pare-balles), mais tous présentent des inconvénients rédhibitoires. Les mannequins développés pour l’accidentologie automobile (type Hybrid III) ne sont pas valides dans le régime de vitesses de déformations considéré. Les systèmes basés sur des membranes déformables (DSTL, Biokinetics) sont valides uniquement pour la prédiction des contusions pulmonaires ou autres lésions intra-thoraciques dans le régime des très hautes énergies et vitesses (tirs de snipers sur gilets à plaques rigides) ; la technologie des membranes n’est par ailleurs pas au point et les questions d’usure, de répétabilité et de reproductibilité ne sont pas maîtrisées. Les « torses artificiels » composés de cages thoraciques artificielles et d’assemblages plus ou moins complexes d’organes synthétiques (Kneubuehl, AUSMAN, JAYCOR, John Hopkins HSTM…) constituent des représentations dont l’apparence anthropomorphique est trompeuse car leur biofidélité n’est pas établie et reste nécessairement limitée du fait des matériaux employés ; d’autre part ces modèles posent des problèmes complexes d’instrumentation, et par conséquent la validité des mesures effectuées est généralement sujette à caution et leur interprétation est très délicate du fait de la complexité des systèmes.
La simulation numérique constitue une approche complémentaire aux essais sur modèles physiques (ou biologiques). Cette voie est explorée depuis une vingtaine d’années, au cours desquelles divers modèles numériques du corps humain ont été développés. Si certains modèles sont à ce jour arrivés à une maturité acceptable pour des chocs à faible vitesse (notamment pour la tête), le cas des impacts en régime balistique se heurte toujours à de fortes difficultés aux niveaux de la détermination des lois de comportement des matériaux organiques en grandes déformations à haute vitesse, et de la gestion en calcul numérique de la complexité des phénomènes à décrire ; ces développements sont par ailleurs trop rarement validés par comparaison à des modèles expérimentaux suffisamment caractérisés.
En l’absence de modèle physiologiquement fondé pour l’interprétation de l’essai de « cône dynamique », les spécifications sont actuellement basées sur les observables de premier niveau (dérivées des critères lésionnels utilisés notamment en accidentologie automobile) et sur des étalonnages obtenus au moyen d’essais sur des équipements connus (gilets pare-balles ou projectiles ALR), et de ce fait les résultats restent essentiellement comparatifs.
L’amélioration de l’interprétation des essais nécessiterait une évolution vers des critères fondés sur une analyse biomécanique, et spécifiques aux différents types de lésions possibles.