Contribution à la compréhension des phénomènes physiques lors de l’impact d’un corps sur un modèle de structure biologique

A contribution in the understanding of physical phenomena occurring during the blunt impact of a body on a biological target model

• Auteur / Autrice : Julien Pavier
• Direction : Patrice Bailly, Roxan Cayzac
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences Industrielles
• Date : Soutenance le 25/06/2013
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Pluridisciplinaire de recherche en ingénierie des systèmes, mécanique et énergétique (Orléans ; 2008-....)
• Jury : Président / Présidente : Ridha Hambli
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Bailly, Ridha Hambli, Pascal Drazetic, Rémy Willinger, Nicolas Eches, André Langlet, Salah Naili, Pierre Naz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Drazetic, Rémy Willinger

Mots clés

Mots clés contrôlés

Constructions -- Dynamique

Choc (mécanique)

Thorax

Impact

Projectiles

Mots clés libres

Dynamique des structures

Chocs contondants thoracique

Arme à létalité réduite

Structural dynamics

Thoracic blunt impact

Less lethal weapons

Résumé

L'objectif scientifique de la thèse est de contribuer à améliorer la compréhension des mécanismes lésionnels découlant de l’impact non pénétrant d’un projectile en région thoracique latérale. Concrètement, l’application concerne l’amélioration de l’évaluation du potentiel lésionnel et l’optimisation de projectiles dits « à létalité réduite ». Cette étude a été menée dans le cadre du projet PARCHOC, associant la Délégation Générale pour l’Armement-Techniques Terrestres, le laboratoire PRISME de l’université d’Orléans, les sociétés Nexter munitions, ITC élastomère et ATCOM télémétrie. Il s’agit notamment de mettre en évidence les paramètres des projectiles qui doivent être maîtrisés pour limiter le risque lésionnel. Nous avons d’abord réalisé une étude pour caractériser des projectiles d'essais constitués d'un culot rigide et d'une ogive en mousse d'élastomère. Les propriétés dynamiques des élastomères ont été caractérisées par le système des barres de Hopkinson. Ce travail a permis la mise au point d'un modèle numérique de comportement des élastomères. Des essais ainsi que des simulations d’impacts sur cibles rigides ont ensuite été réalisés afin d'étudier l'influence du couple masse-vitesse et des caractéristiques mécaniques des élastomères sur le chargement généré. Dans la seconde partie de l'étude, des essais sur cibles biologiques instrumentées ont été menés à l’aide des projectiles d'études précédemment caractérisés. Les résultats expérimentaux et numériques montrent que la dangerosité des projectiles est liée à l’action qu’ils exercent sur la structure osseuse thoracique après sa fragilisation et que le mécanisme lésionnel est fortement dépendant de l’impulsion transmise par le projectile lors de l’impact.

The scientific objective of the thesis was to make a contribution in the understanding of the injury mechanisms following the blunt impact of a projectile on the lateral thoracic region. Practically, the application concerns safety certification and optimization of less-lethal projectile. This research was supported by the project PARCHOC partners: the Délégation Générale pour l’Armement-techniques terrestres, the PRISME laboratory (Orléans university),the companies Nexter munitions, ITC élastomère and ATCOM télémétrie. In particular, we have sought the principal projectile parameters which must be controlled to limit injury risk. Firstly, we have performed a study based on specialized test projectiles, made with a rear rigid part and soft foam (elastomeric) nose. The foams’ chemical formulations were made so that the dynamical properties (measured with the Hopkinson bar apparatus) were those expected. Experiments and simulations of the impacts on rigid wall target have been made to investigate how the mass-velocity couple and the foam material properties influence the impact force. Secondly, an experimental campaign was made using pig anatomical parts and the projectiles previously studied. Experimental and numerical results obtained during the thesis demonstrate that the dangerous nature of the projectiles used is essentially linked to the action on the thoracic bone structure after it has been weakened by the impact. Furthermore, injuries are strongly dependent upon the impulse transmitted during the impact.