Flexion trois points et géométrie

Le Tableau 28 des corrélations pour la flexion, nous indique que les propriétés de matériau en flexion trois points sont corrélées à l’épaisseur moyenne e des sections. Plus e est grand, plus E et σmax diminuent.

De plus, en se référant à l’ANNEXE 4 : Comparaison : poutre à inertie constante/poutre à inertie variable, nous nous rendons compte que la réponse structurelle de la côte soumise à la flexion trois points est affectée par sa géométrie (notamment par la variation de l’inertie), et cela entraîne des répercussions sur les propriétés de matériau calculées. En effet, en prenant en compte la variation du moment d’inertie le long du segment testé pour calculer le module d’élasticité, il apparaît des différences : soit les modules sont 7% plus grands, soit 15% plus petits.

2 Compression antéropostérieure

Le but de cet essai est de tester une côte entière, de solliciter cette structure dans sa globalité, contrairement à l’essai de flexion trois points où la sollicitation est locale.

2.1 Matériels et méthodes

2.1.1 Pièces anatomiques

Pour ces essais, 5 thorax (Tableau 32) ont été prélevés au service des dons de corps des Saints Pères. Ils sont conservés au congélateur à -20°C.

Tableau 32. Références des corps.

Référence corps Sexe Age (ans)

T252 F 58 T548 H 70 T522 H 67 T544 H 65 T176 F 66 Moyenne 65.2 Ecart-type 4.4

Les côtes 4 à 9 (droites et gauches) sont prélevées sur chaque thorax. La veille au soir, un thorax est mis à décongeler au réfrigérateur à 4°C pour la nuit. Le lendemain, les côtes sont désarticulées (désossage des articulations costo-transverses et costo-vertébrales) en prenant garde de prélever les arcs postérieurs entiers sans les abîmer. La jonction entre le cartilage chondral et l’os costal est découpée avec une scie oscillante pour éviter toute fissuration de la corticale. Les côtes sont ensuite débarrassées des résidus de tissus mous et de périoste. Puis, elles sont recongelées individuellement à -20°C dans des sachets plastiques.

La veille des essais, les côtes sont mises à décongeler à 4°C, au réfrigérateur. Le jour même, elles sont placées à température ambiante, et immergées dans une solution saline pour les réhydrater. A l’aide d’une scie oscillante, les restes éventuels de cartilage sont découpés.

2.1.2 Imagerie et morphométrie

Contrairement à l’essai de flexion trois points où seulement la zone latérale de la côte est testée, pour l’essai de compression antéropostérieure, toute la côte est sollicitée. Il est donc nécessaire d’avoir accès à la géométrie le long de la côte.

Un montage a donc été développé sur lequel les côtes seront scannées par 3 : niveaux 4, 5 et 6, et niveaux 7, 8 et 9. Il est constitué d’un plateau tournant composé de deux parties (Figure 52) :

Le socle : c’est la partie fixe du système qui est sanglée sur la têtière su scanner ;
Le plateau circulaire : c’est la partie mobile ; elle est reliée au socle par une liaison

pivot d’axe vertical qui permet d’orienter les côtes par rapport à l’axe d’avance du scanner.

Figure 52. Description du plateau tournant réalisé en PEHD 500.

Sur le plateau, les côtes sont insérées dans des blocs de mousse, eux-mêmes fixés dans les blocages carrés coulissant pour s’adapter aux différentes tailles des côtes (Photo 3). Le plateau est indexé tous les 30° ce qui permet de CT-scanner la côte en plusieurs segments. Chaque segment est orienté de telle manière que la ligne moyenne soit le plus colinéaire possible à l’avance du scanner. Les coupes réalisées sont millimétriques jointives. Environ 400 coupes sont effectuées pour chaque montage. Les angles varient de 0 à 150°.

Photo 3. Montage pour CT-scanner les côtes.

Blocages carrés

Socle Pion d’indexage

Photo 4. Vue du dessus et vue du dessous, avec les fils métalliques) du plateau tournant.

Afin de reconstruire les côtes, des fils métalliques ont été fixés sous le socle (Photo 4). Les artefacts visibles sur les coupes permettent de calculer pour chaque coupe la distance au centre de rotation du plateau. De plus, connaissant l’angle pour chaque série de coupes, elles sont alors repositionnées les unes par rapport aux autres.

Le champ d’acquisition des coupes varie selon la position des côtes (Figure 53). Le champ est plus grand lorsque l’on scanne les extrémités, et il est plus resserré lorsque l’on scanne la partie latérale. La taille du pixel varie donc entre 0.457 et 0.230 mm, ce qui correspond à des champs, respectivement, de 230 et 120 mm.

Figure 53. Illustration de la variation du champ d’acquisition selon la position de la côte.

Le principe de traitement des images est le même que celui détaillé précédemment (§1.2.2 page 68). Les contours osseux sont toutefois déterminés automatiquement. Il ne se pose donc pas de problème au niveau de la reproductibilité des résultats. Il est alors possible d’étudier l’évolution des paramètres géométriques (dimensionnels et inertiels) le long de la côte.

2.1.3 Essais

est donc de solliciter une côte isolée en imposant un déplacement au niveau de la tête antérieure et en fixant la tête postérieure.

Pour avoir accès aux vitesses de sollicitation qu’une côte peut subir, les déflexions mesurées sur mannequin Hybrid III (50ème percentile) pour un choc à 64 km.h-1 (avec une ceinture avec un limiteur d’effort taré à 4kN et un airbag), et sur le sternum de l’être humain numérique en trois endroits : haut sternum (côte 3), moyen sternum (côte 4) et bas sternum (côte 7), pour un choc à 56 km.h-1 (avec une retenue à 4kN et un airbag), sont analysées. A partir des courbes de déflexion, les vitesses de déflexion sont dérivées. On obtient :

• Pour les essais Hybrid III, une vitesse de déflexion de 1.2 m.s-1 (moyenne sur 5 essais) ;

• Pour les essais être humain numérique en choc frontal, une vitesse de déflexion de 3 m.s-1 pour le haut du sternum et 4 m.s-1 pour le milieu et le bas du sternum.

La plage de vitesse est donc comprise entre 1.2 m.s-1 à 4 m.s-1.