Développement d’un substitut physique de thorax humain et de son jumeau numérique dédiés à la prédiction du risque lésionnel lors d'impacts balistiques non pénétrants.

Development of a physical substitute of the human thorax and its numerical twin dedicated to injury risk assessment during non-penetrating ballistic impacts.

• Auteur / Autrice : Martin Chaufer
• Direction : Sébastien Roth, Franck Lauro
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire Carnot de Bourgogne
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : COMM - Conception, Optimisation & Modélisation en Mécanique
• Jury : Président / Présidente : Alexandre Papy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Roth, Franck Lauro, Éric Wagnac, Anne-Sophie Bonnet, Nicolas Prat, Rémi Delille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Wagnac, Anne-Sophie Bonnet

Mots clés

Mots clés libres

Substitut de thorax humain

Impact balistique

Projectile à létalité réduite

Gilet pare-balles

Évaluation du risque lésionnel

Comportement mécanique

Human thorax surrogate

Ballistic impact

Less-lethal projectiles

Body armour

Injury risk assessment

Mechanical behaviour

Résumé

Au cours des dernières années, l'utilisation d'armes à létalité réduite a augmenté. Ces armes, conçues pour neutraliser des individus présentant un comportement dangereux, peuvent causer des blessures, voire la mort. Des mécanismes de lésions similaires sont observés lors de la déformation arrière des gilets pare-balles au cours d'impact avec projectiles d’arme à feu. Afin de protéger les citoyens et les forces de l’ordre, il est nécessaire de prévenir de tels scénarios. Or aujourd'hui peu d'outils sont disponibles pour aider au dimensionnement de tel équipements. Dans cette optique, ce travail de thèse vise à développer des outils de prédiction du risque de lésion thoracique lors d'impact balistique non pénétrant. Ainsi, un substitut physique de thorax humain et son jumeau numérique sont développés. Dans un premier temps, le modèle numérique HUByx est utilisé comme référence pour construire un modèle numérique simplifié pouvant être fabriqué avec des matériaux disponibles dans le commerce. Les différents matériaux sont caractérisés et leurs lois de comportement sont établies. Une fois validé, ce modèle numérique sert de base pour construire le substitut physique appelé SurHUByx. Celui-ci est équipé de différents capteurs permettant d'enregistrer les données au niveau des côtes et des organes internes lors d'impact. Des cas d'impact précisément décrits dans des rapports sont reproduits sur SurHUByx pour relier les données issues des capteurs à un bilan lésionnel. Enfin, une approche statistique est utilisée pour développer des courbes de probabilité de lésion, permettant d'estimer le risque de lésion suite à un impact sur SurHUByx ou son jumeau numérique SurHUByx FEM.

In recent years, the use of less-lethal weapons has increased. These weapons, designed to neutralise individuals exhibiting dangerous behaviour, can cause injuries or even death. Similar injury mechanisms are observed in the rear deformation of bulletproof vests during impacts. To protect citizens and law enforcement personnel, it is necessary to prevent such scenarios. However, today there are few tools available to assist in the sizing of such equipment. In this context, this thesis aims to develop tools for predicting thoracic injury risk during non-penetrating ballistic impacts. Accordingly, a physical substitute of the human thorax and its numerical twin are developed. Initially, the HUByx numerical model is used as a reference to construct a simplified numerical model that can be manufactured using readily available materials. Different materials are characterised, and their material laws are established. Once validated, this numerical model serves as a basis for constructing the physical substitute called SurHUByx. It is equipped with various sensors to record data over the rib and in internal organs during ballistic impacts. Specific impact cases described in case reports are replicated on SurHUByx to correlate sensor data with injury assessments. Finally, a statistical approach is used to develop injury prediction curves, allowing to estimate of the risk of injury following an impact on SurHUByx or its numerical twin, SurHUByx FEM.