Un modèle numérique pour prédire les lésions dans un choc frontal
Publié par Isabelle le 29/11/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Mieux prévoir les lésions du cou engendrées par un choc permettrait d'optimiser les systèmes de protection. Grâce à leur modèle numérique, des chercheurs du laboratoire ICube, en collaboration avec le département de Neurochirurgie du Medical College of Wisconsin (Etats-Unis), ont pu calculer les forces et moments exercés à tous les niveaux de la colonne cervicale, lors d'une série de chocs frontaux.


© Medical College of Wisconsin
Illustration du dispositif expérimental mis en place au Medical College of Wisconsin.

Les mécanismes qui conduisent à des lésions graves du cou (Le cou est la région du corps qui est située entre la tête et le reste du corps (torse ou tronc).) lors de chocs frontaux sont encore mal compris. Mieux connaître les forces et moments qui s'exercent au sein de la colonne cervicale permettrait de définir des critères de lésions, et d'améliorer les dispositifs de protection. Une première étape a été franchie par des chercheurs du laboratoire des sciences de l'ingénieur (« Le métier de base de l'ingénieur consiste à résoudre des problèmes de nature technologique, concrets et souvent complexes, liés à la conception, à la réalisation et à la mise en œuvre de produits,...), de l'informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des...) et de l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression...) (ICube, CNRS/université de Strasbourg), en collaboration avec le département de Neurochirurgie (La neurochirurgie est la discipline chirurgicale qui est spécialisée dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Les...) du Medical College of Wisconsin (Etats-Unis). Le laboratoire français a mis en œuvre son modèle éléments finis de la tête et du cou, élaboré depuis des années. Ce modèle prend en compte les propriétés mécaniques des 7 vertèbres cervicales et de la première vertèbre (Les vertèbres sont les os constituant la colonne vertébrale chez les animaux vertébrés.) thoracique (T1), mais aussi les muscles, les ligaments et les disques intervertébraux. De son côté le laboratoire américain apportait des résultats d'une campagne (La campagne, aussi appelée milieu rural désigne l'ensemble des espaces cultivés habités, elle s'oppose aux concepts de ville, d'agglomération ou de milieu urbain. La campagne...) de mesures sur des sujets post mortem en situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un...) de choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) frontal (Un frontal est un équipement informatique.). Ces essais ont permis d'enregistrer la cinématique (En physique, la cinématique est la discipline de la mécanique qui étudie le mouvement des corps, en faisant abstraction des causes du mouvement (celles-ci sont généralement...) de la tête et de calculer les efforts mis en jeu au niveau de la tête et de la première vertèbre thoracique, pour des chocs représentant une accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération...) au niveau de T1 de 8g, 20g et 30g.

Une simulation numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et...) réalisée par les chercheurs d'ICube a d'abord confirmé que les résultats donnés par le modèle éléments finis étaient conformes à ceux obtenus par les essais. Une série de simulations a alors été lancée, avec des accélérations de 10g à 50g au niveau de la vertèbre T1. Les calculs réalisés pour chaque niveau de la colonne cervicale ont montré que la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage...) tranchante n'évolue pas le long du rachis, que la force axiale (verticale) reste constante le long du cou, mais que le moment de flexion augmente quand on descend vers le rachis inférieur. Les simulations ont aussi révélé que les efforts se déroulent toujours suivant la même chronologie: le rachis subit d'abord un effort axial, puis tranchant, puis un moment de flexion. Ces résultats vont faciliter la corrélation entre des grandeurs physiques (force, pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.), moment, etc.) et des lésions occasionnées par des chocs. Ils devraient se prolonger par de nouveaux projets avec le laboratoire américain, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en ouvrant des perspectives de collaborations industrielles visant l'amélioration de la sécurité.


© ICube
Illustration du modèle éléments finis du système Tête-Cou développé à l'Université de Strasbourg (L’université de Strasbourg (UDS) est une université française située à Strasbourg en Alsace. Son origine remonte à la création du gymnase Jean-Sturm en...).

Références publication:
Forces and moments in cervical spinal column segments in frontal impacts using finite element modeling and human cadaver tests Frank Meyer,
J. Humm, Y. Purushothaman, R. Willinger, F. A. Pintar, N. Yoganandan
Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical Materials (octobre 2018)
DOI: 10.1016/j.jmbbm.2018.09.043


Contacts chercheurs:
Franck Meyer - ICube
Rémy Willinger - ICube
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