Les modélisations, Humos®, côte Humos®, côte paramétrée se sont révélées pertinentes par rapport aux essais réalisés (essais SHPM et protocole flexion trois points) en terme de prévision des efforts et des déformations.
Les essais de flexion ont montré l’influence de la vitesse, avec une vitesse optimum, en terme d’effort maximum, comprise entre 0,10 m.s-1 et 0,25 m.s-1. L’impacteur ceinture a montré qu’avec une charge répartie, la côte pouvait encaisser des efforts plus importants. Cela va dans le sens d’une réduction du risque lésionnel pour un airbag associé à une ceinture avec limiteur d’effort.
Le protocole flexion trois points réalisé est le premier à conserver une côte entière. Les jets de moelle osseuse observés sur les films en dynamique permettent de penser que la pression interne offre une résistance non-négligeable. Il ne faut donc pas perdre le contrôle de ce paramètre lors du choix d’une modélisation par un cylindre creux comme c’est le cas dans ce travail. Les travaux de modélisation ont montré la faisabilité de retranscrire les essais en simulation. Pour le modèle, il reste maintenant à caler la raideur, puis à modéliser l’endommagement (ou la ruine du matériau) alors qu’aucune fracture n’est encore observable. L’endommagement se situe pour un déplacement de l’impacteur autour de 4 mm et la fracture 10 mm.
Les déformations les plus élevées (côte 10) ont été atteintes avec la vitesse de chargement la plus faible et ont supporté l’effort maximum le plus faible (alors que celui-ci y est maximum en quasi statique). Ce qui converge avec l’avantage observé dans la réalité pour un limiteur d’effort à 400 daN (effort plus faible, déclenchement avec une vitesse de déflexion antéro-postérieur moindre, ainsi que le déplacement) associé à l’airbag (répartition de la charge sur l’ensemble des côtes dont les côtes inférieures). Le mannequin Hybrid III a une longueur (et donc surface) de répartition de la charge thoracique trop faible par rapport à l’humain qu’il est sensé représenter ; ce qui augmente la pression. Il ne faut pas oublier qu’il a été validé biofidèle par un chargement avec un cylindre de 23 kg lancé à 4,3 m.s-1 et 6,7 m.s-1. Cela a donné des efforts sternaux respectifs de 2 500 et 5 000 daN et des déplacements de 50 et 70 mm. Cela représente 516 joules de manière locale ; favorisant une déflexion antéro-postérieure « ponctuelle ». Par rapport aux écarts de mesure du mannequin Hybrid III avec la réalité entre le SRP et le SRP2, peut-être qu’une charge répartie lui est plus défavorable ; ou qu’interviennent des phénomènes de bande passante, de résonance.
L’essai de flexion trois points est maintenant maîtrisé. Il reste à réaliser une campagne de masse sur le protocole existant pour consolider l’étude statistique et remplir une base de données. Pour ce qui est de cette campagne, il sera très important de recueillir un grand nombre d’informations sur le thorax afin de pouvoir remonter les caractéristiques évaluées vers un individu.
Il sera même possible par la suite d’imaginer un protocole d’essai de flexion trois points, en concave (ce qui permettra d’inclure au moins les côtes 4 et 5) pour mesurer la tonicité osseuse des sujets SHPM utilisés pour les tirs chariots.
La géométrie est un paramètre prépondérant. Cela a été observé avec le modèle Humos© comme avec le protocole de Tao & Coll. [TAO87]. Ils ont montré que la courbure générait des concentrations de contrainte. Alors que la côte supporte une charge maximum de 150 – 200 N en flexion trois points, supérieure à 1 000 N en compression, Tao & Coll. [TAO87] ont des ruptures de l’arc costal autour de 50 N ; et Deng & Coll. [DEN99] cassent un modèle numérique de la côte pour un chargement dans la direction extrémité sternal – tête costale de 25 N. Les prochains protocoles devront tester des arcs costaux complets. Par rapport à ce paramètre, il serait intéressant de réaliser une reconstruction géométrique de la cage thoracique, à partir d’imagerie EOS© par exemple, pour voir l’influence de cette dernière sur la tolérance de la cage thoracique en choc, la localisation d’éventuelles fractures.
Horsch & Coll. [HOR91] rappellent que le thorax d’Hybrid III est plus raide pour un chargement par ceinture en géométrie trois points que pour une charge localisée sur le thorax. Il est donc cohérent qu’avec une ceinture souple et un « impact » air bag, Hybrid III soit défavorable au SRP2 par rapport au SRP. L’épaule d’Hybrid III présente une forte interaction avec la ceinture [Figure 106]. Ils obtiennent 40 mm de déflexion d’Hybrid III pour un risque thoracique AIS3+ de 25 %.
Figure 106 : Compression thoracique de Hybrid III, [HOR91].
Une action concernant la bio-fédélité d’Hybrid III serait de faire progresser l’ensemble ceinture scapulaire – thorax pour favoriser le chargement du thorax par la ceinture.
Enfin, la validation d’un modèle numérique lésionnel personnalisable de l’être humain en choc automobile semble réalisable et pourrait succéder à NUM – bureau d’étude Renault – ,(alias LABMan, alias Modèle Numérique de l’être Humain LAB – LBM).
BIBLIOGRAPHIE
A/ Livres :
[BRI89] BRIZON J, CASTAING J. Les feuillets d’anatomie, Fascicule XI, Ostéologie de la tête, Ostéologie du tronc. Paris : Edition Maloine, 1989, 71p + planches anatomiques.
[CAB80] CABROL C. Anatomie, Tome 1, Appareil Locomoteur. 2ème édition (1980) - 8ème tirage
(1990). Paris : Edition Flammarion, collection Médecine-Sciences, 1980, 334p.
[KAM97-1] KAMINA P. Anatomie introduction à la clinique, volume 1, Anatomie générale. 2ème édition. Paris : Edition Maloine, 1997, 256p.
[KAM97-11] KAMINA P. Anatomie introduction à la clinique, volume 11, Dos et thorax. Paris : Edition Maloine, 1997, 288p.
[KOR88] KORITKE JG, MAILLOT C. Atlas d’Ostéologie Humaine. 2ème édition. Müchen : Edition J.F. Bergmann Verlag, 1988, 172p.
[NIG95] NIGG B, Herzog W. Biomechanics of the musculo-skeletal system. Reprinted with corrections. Chichester (Angleterre) : Edition John Wiley & Sons, 1995, 578p.
[ROU92] ROUVIERE H, DELMAS A. Anatomie Humaine ; Descriptive, Topographique et Fonctionnelle. TOME 2 : Tronc. 13ème édition. Paris : Edition Masson, 1992, 684p.