Réponse du membre pelvien d'un usager vulnérable lors d'un impact avec un véhicule motorisé : Approche expérimentale et analyse éléments finis

Finite element and experimental analyses of the lower limb response in car-bicycle and carpedestrian accidents

• Auteur / Autrice : Jérôme Cardot
• Direction : Christian Brunet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale de mécanique, physique & modélisation (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université d'Aix-Marseille II. Faculté des sciences (1969-2011)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plan d'expérience

Accidents

Lésions et blessures

Membre pelvien

Résumé

Ce travail s'est intéressé à la réponse du membre pelvien, l'une des premières parties corporelles touchées, dans des configurations d'impact impliquant l'usager vulnérable non motorisé (piétons et cyclistes). Un modèle éléments finis biofidèle du membre pelvien (modèle LLMS) a été utilisé pour reproduire, dans un premier temps, des essais fractionnés (impacts latéraux sur la jambe fléchie). Des corrélations entre le modèle et les expérimentations, sur la cinématique, les accélérations et le bilan lésionnel, a permis de vérifier, au moins qualitativement, la cohérence du modèle numérique. Un impact (cycliste heurté latéralement par un véhicule à 32 km/h), basé sur une expérimentation, a également été reproduit avec le modèle éléments finis. Les résultats numériques, comparés aux données expérimentales, ont montré de bonnes concordances. De nouvelles configurations d'impact (cycliste et piéton) ont été simulées. Ainsi, une étude paramétrique sur le véhicule (géométrie, vitesse) et, le cas échéant, sur le cycliste (vitesse, position) ont mis en évidence les situations les plus défavorables, suivant les lésions, pour l'usager vulnérable considéré. Les principaux mécanismes de blessure du membre pelvien, le cisaillement et la flexion latérale, ont été quantifiés au niveau du genou. Les différentes configurations d'impact ont permis d'établir, pour ces deux mécanismes, des critères lésionnels. Ainsi, pour une situation d'impact considérée, les niveaux de cisaillement et de flexion latérale au-delà desquels le membre pelvien de l'usager vulnérable est touché ont ainsi pu être évalués.

In accidents implying vulnerable road users, the lower limb is one of the most injured body areas. Therefore, this work is focused on the lower limb response in such impacts. A biofidelic finite element model (LLMS model) was first used to reproduce experimental tests that consisted of lateral impacts on the leg. Computed accelerations, kinematics and injuries were compared against experimental data. Good correlations were showed from a qualitative point of view. Based on an experimental configuration (lateral impact, car velocity 32 km/h), a car-bicycle impact was then simulated. The computed lower limb response was consistent with the experimental one. New impact configurations were studied for car-bicycle and car-pedestrian impacts. Parameters of the car (velocity, shape) and the posture of the cyclist (knee flexion) were modified to analyse the most critical conditions for vulnerable road users. The main injury mechanisms (shearing and lateral flexion) of the lower limb in such impact situations were quantified. Injury thresholds were estimated for all the tested configurations. In the present simulated car-bicycle and car-pedestrian impacts, levels of shearing displacement and lateral flexion angle leading to knee injury were evaluated.