Analyse du comportement mécanique des côtes humaines en dynamique

Mechanical behavior analysis of human ribs in dynamics

• Auteur / Autrice : Estelle Charpail
• Direction : François Lavaste
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomécanique

Résumé

Dans les accidents automobiles, les blessures au thorax arrivent en deuxième position après celles à la tête pour : la zone la plus souvent lésée et le nombre global de décès et de lésions sérieuses. Les fractures de côtes et les volets costaux sont les blessures les plus fréquentes suivies par les lacérations des poumons, du foie et des artères. Afin de mieux comprendre la réponse du thorax lors d’un crash, des modèles en éléments finis ont été développés. Cependant, ces modèles échouent à reproduire des mécanismes lésionnels détaillés tels que les fractures costales. Améliorer la biofidélité de ces modèles passe par une meilleure connaissance des propriétés mécaniques des côtes. L’objectif de ce travail est donc d’étudier expérimentalement et numériquement le comportement mécanique des côtes humaines en dynamique. Des essais de compression axiale et des tests de calcination ont été réalisés pour caractériser le matériau costal. Des essais de flexion trois points et un nouvel essai permettant de solliciter la côte dans la direction antéropostérieure ont servi à caractériser la structure. Les résultats montrent que le niveau costal influence les propriétés de matériaux en compression et le comportement en sollicitation antéropostérieure. Les simulations numériques ont permis de mettre en évidence l’influence de l’os spongieux dans le comportement mécanique des modèles ainsi que l’importance de la géométrie sur la réponse en effort. Aucune influence de l’âge, ni de la vitesse de sollicitation a été relevée. Il faut noter le nombre de pièces testées est petit par rapport aux variations inter-individuelles.

In automotive crashes, thoracic injuries rank second only to head injuries in: the area most often injured and the overall number of facilities and serious injuries. Rib fractures and flail chests are the most frequent types of thoracic injuries, followed by pulmonary, liver and arterial injuries. To better understand thoracic responses under a crash environment, thorax finite-element models have been developed. At this time, they do not adequately model detailed mechanisms of injuries such as rib fractures. Designing a biofidelic model requires focusing more locally on rib material properties. The aim of this study is to investigate experimentally and numerically the mechanical behavior of human ribs in dynamics. Compressive loading and mineralization tests were performed to characterize the rib material. Three point bending tests and a new experiment simulating an anterior-posterior loading were realized to characterize the rib structure. The results show that the costal level influences the compressive material properties and the mechanical behavior in anterior-posterior loading. Numerical simulations allow highlighting the important function of the spongy bone and of the geometry on the load response. Neither the age donors nor the speed loading influences the results. But, it is important to notice that the number of anatomic pieces tested is too little in regard to the variability between individuals.