HDR : Nicolas Bourdet : Biomécanique de l'homme en situation extrême : de la reconstruction du trauma cranio-cervical à l'évluation des systèmes de protection

La soutenance aura lieu le lundi 12 décembre à 14h00 sur le site du Département de Mécanique du laboratoire ICube, 4 rue Boussingault au 1er étage, salle 109.

Jury

Rapporteur : Patrick CHABRAND, Professeur des Universités, Université AIX-MARSEILLE

Rapporteur : Sébastien LAPORTE, Professeur des Universités, ARTS ET METIERS, PARISTECH

Rapporteur : David MITTON, Directeur de Recherches, Université Gustave Eiffel, LYON-BRON

Examinateur : Yannick HOARAU, Professeur des Universités, Université de STRASBOURG

Garant : Rémy WILLINGER, Professeur des Universités, Université de STRASBOURG

Résumé

Dans divers domaines de la biomécanique, dont celui qui s’attache à l’amélioration de la sécurité des occupants de véhicule automobile, des modèles numériques et expérimentaux (mannequins) du corps humain sont utilisés afin de reproduire la cinématique d’un individu dans des situations d’accidents. On calcule alors un certain nombre de critères permettant de prédire un niveau de risque lésionnel encouru, sous un chargement défini, pour le futur occupant. La plupart des stratégies de sécurité sont basées sur les résultats obtenus à travers des tests utilisant ces mannequins et ces modèles numériques. Afin de parvenir à des simulations réalistes, les mannequins physiques ou numériques doivent être agencés de manière à avoir un comportement cinématique et dynamique proche de celui de l’être humain vivant. Il est donc nécessaire de caractériser les tissus et les structures biologiques en dynamique afin de proposer des lois de comportements adéquates permettant de modéliser au mieux les segments humains. Par ailleurs, le long processus de caractérisation des matériaux est également crucial lorsqu’il s’agit de la modélisation des structures environnantes rentrant en interaction avec les différentes parties du corps humain, que ce soient les mousses de sièges, les matériaux utilisés dans les systèmes de protection, ou tout autres structures inertes.

Ainsi, dans l'objectif d’avoir des outils pour l'évaluation de la sécurité et l'optimisation des protections actuelles ainsi que pour le développement d'une nouvelle génération de systèmes de protection, Il est essentiel de mieux comprendre et d’identifier les conditions d’impact des différents segments du corps humain dans une gamme de scénarios d’accidents. Trois thèmes seront alors abordés : la caractérisation dynamique des structures biologiques et inertes ; l’étude de la cinématique et des conditions d’impact des différents segments de l’Homme en situation d’accident et l’évaluation ainsi que l’optimisation des systèmes de protections.

Abstract

In various fields of biomechanics, including that which focuses on improving the safety of motor vehicle occupants, digital and experimental models (mannequins) of the human body are used to reproduce the kinematics of an individual in accident situations. A certain number of criteria are then calculated making it possible to predict a level of injury risk incurred, under a defined load, for the future occupant. Most security strategies are based on the results obtained through testing using these mannequins and numerical models. In order to achieve realistic simulations, the physical or digital mannequins must be arranged in such a way as to have a kinematic and dynamic behavior close to that of the living human being. It is therefore necessary to characterize tissues and biological structures in dynamics in order to propose adequate laws of behavior allowing the best modeling of human segments. Furthermore, the long process of characterizing materials is also crucial when it comes to modeling the surrounding structures that interact with the different parts of the human body, whether they are seat foams, the materials used in the systems protection, or any other inert structures.

Thus, in order to have tools for the evaluation of security and the optimization of current protections as well as for the development of a new generation of protection systems, it is essential to better understand and identify the impact conditions of different segments of the human body in a range of accident scenarios. Three themes will then be addressed: the dynamic characterization of biological and inert structures; the study of the kinematics and impact conditions of the various human segments in an accident situation and the evaluation and optimization of protection systems.