Contribution au développement d'un outil de simulation prédictif des lésions cranio-encéphaliques par reconstruction d'accidents de la circulation

par Bertrand Canaple

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Pascal Drazetic.

Soutenue en 2001

à Valenciennes .


  • Résumé

    Dans les accidents de la circulation, les blessures de la tête sont réputées fréquentes et graves. En raison des diverses formes de la lésion (osseuse, vasculaire ou neurologique) et des limitations des connaissances biomécaniques de la tête, de vieux et simples critères de protection (comme le hic ou le pic d'accélération linéaire de la tête) sont encore utilises dans les tests normalises. Contrairement aux autres segments corporels, il n'est pas possible d'utiliser une méthode directe (consistant à réaliser des impacts sur des modèles biologiques du corps humain) pour déterminer la tolérance et le seuil de blessure. Afin de s'affranchir de ces contraintes, une méthodologie de recherche originale qui repose sur la reconstruction d'accidents de la circulation est développée. Les premiers travaux ont porté sur la définition d'un nouveau modèle de tête défini par la méthode des éléments finis. Les particularités de ce modèle concernent le liquide céphalo-rachidien décrit par un comportement hyperélastique et la définition d'une interface de glissement entre ce dernier et l'encéphale pour reproduire le mouvement relatif encéphale/crane. La confrontation de simulations représentatives d'essais expérimentaux menés sur têtes de sujets cadavériques atteste la représentativité du modèle. Une méthodologie de reconstruction d'accidents a été développée. Elle s'articule autour d'une reconstruction cinématique de l'accident, d'une reconstitution de la collision, d'une simulation de la seconde collision et d'une analyse du comportement intracrânien à l'aide du modèle de tête. Cette démarche de reconstruction est illustrée par un cas réel d'accident automobile. Le développement d'un modèle générique pour des applications d'accidents de motocyclettes est étudié. A partir des résultats de la reconstruction de l'accident automobile, un parallèle entre la contusion intracérébrale et la durée d'application d'un certain niveau de contraintes de von Mises est émis.

  • Titre traduit

    Contribution to the development of an head injury predictive simulation tool by the reconstruction of traffic accidents


  • Résumé

    In traffic accidents, head injuries are considered to be frequent and serious. Because of the various kind of injuries (bone, vascular and neurology) and limitations of the biomechanical representation of the head, old and simple protection criteria (such as the HIC or the peak linear acceleration of the head ) are still used in standard tests. Contrary to the others body segments, it’s not possible to use a direct approach (consisting in impacting biological human body models) to determine the tolerance and the threshold. In order to better represent the physical phenomena, an original research methodology that is based on traffic accidents reconstruction is developed. The first batch of works deals with the definition of a new finite element model of the head. The features concern the cerebro-spinal fluid described by an hyperelastic material defined by a sliding without separation interface with the brain in order to represent its relative movement with respect to the skull. The confrontations with experimental tests made on cadaver’s head confirm the model prediction. An accident reconstruction methodology has been developed. It is based on kinematics reconstruction, experimental reconstruction of the vehicle’s collision, multibody simulation of the second collision and study of the internal head response with the head model. This reconstruction approach is then validated on a real automotive accident. Furthermore, the development of a generic model applied to motorcycle accidents is also analysed. From the results of the automotive accident reconstruction, the intercerebral contusion observed has been bridged to a particular time duration of a certain level of von Mises stresses.

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  • Annexes : Notes bibliogr.

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