Genèse de la méthode

Des limites aux normes actuelles

Les normes actuelles de test des casques de ski évaluent uniquement des chocs rectilignes, c’est-à-dire perpendiculaires à la surface d’impact. Or, dans la réalité, les accidents impliquent très souvent des chocs obliques, par exemple lors d’un impact sur la chaussée avec une composante de vitesse horizontale. Certimoov a intégré ce type de chocs obliques dans ses essais afin de mieux représenter les conditions réelles d’accident.
Aujourd’hui encore, la norme européenne repose sur un critère d’acceptation basé sur l’accélération mesurée à l’aide d’une fausse tête rigide. Ce type de dispositif ne reproduit pas fidèlement le comportement du cerveau humain et reste peu représentatif de ses véritables limites de tolérance aux chocs. Certimoov s’appuie au contraire sur une fausse tête instrumentée plus élaborée, associée à une modélisation mathématique du comportement du cerveau issue de l’analyse de plusieurs centaines d’accidents réels. Cette approche permet aux biomécaniciens et à Certimoov d’utiliser des critères de blessure plus réalistes, en adéquation avec la tolérance réelle du cerveau lors d’un impact.
Enfin, alors que les normes actuelles reposent sur un critère binaire d’acceptation — le casque est soit conforme, soit non conforme — Certimoov apporte davantage de nuance en proposant une évaluation graduée, avec une note allant de 0 à 5.

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snowboardeur

Modélisation du comportement mécanique du cerveau

Modèle du cerveau et calcul de la réponse mécanique

La méthode Certimoov s’appuie sur des techniques classiques d’ingénierie, semblables à celles utilisées pour calculer la déformation d’un pont ou d’une aile d’avion. Appliquées à la biomécanique, elles permettent de modéliser la tête humaine et de calculer la réaction du cerveau lors d’un choc.
Pour cela, on utilise une approche assistée par ordinateur appelée méthode des éléments finis. Cette méthode consiste à découper un objet en une multitude de petites “briques”, chacune avec des propriétés mécaniques précises, pour reproduire fidèlement son comportement sous différents impacts.
Dans le modèle du cerveau, ces briques sont assemblées de manière à respecter les propriétés gélatineuses du tissu cérébral. Elles permettent ainsi de calculer les contraintes internes, c’est-à-dire la pression et les forces de cisaillement que subit le cerveau lors d’un choc.
Ce modèle d’éléments finis de la tête humaine, développé par le laboratoire ICube de l’Université de Strasbourg et appelé Strasbourg University Finite Element Head Model (SUFEHM), a été validé par rapport à de nombreux tests publiés dans la littérature. Il constitue une base fiable pour étudier et prédire la réponse du cerveau face à différents impacts.

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Modèle mécanique du cerveau utilisé pour calculer les contraintes intracérébrales lors d’un impact.

Simulation de traumatismes crâniens réels

Pendant plus de 25 ans, les biomécaniciens ont collecté des données sur les traumatismes crâniens issus d’accidents réels. 
Les informations sur les circonstances des accidents et la nature des blessures ont permis de reconstituer la trajectoire des victimes et de calculer les conditions exactes de l’impact sur la tête.
    Ces analyses concernent différents types de victimes : piétons, cyclistes, motards, mais aussi des athlètes de disciplines variées comme l’équitation, le ski ou d’autres sports à risque.

Test et méthode

Enclume horizontale et
enclume inclinée

Certimoov teste les casques avec un choc linéaire : une chute verticale sur une enclume horizontale. Mais Certimoov se penche aussi sur les chocs obliques avec une chute verticale sur une enclume inclinée à 45°. Ce test sur une enclume inclinée permet de provoquer une mise en rotation du substitut de tête et une décélération rectiligne.
Pour que le test soit complet, les casques sont testés selon 6 types d’impact (chaque impact étant reproduit 3 fois, cela nous conduit à 18 tests) :

Linéaires :

  • Frontal
  • Latéral
  • Occipital

Obliques :

  • RotY : administré en zone frontale et provoque une rotation autour de l’axe gauche-droite
  • RotX : administré en zone latérale et provoque une rotation autour de l’axe antéro-postérieur
  • RotZ : administré en zone latérale et provoque une rotation autour de l’axe vertical
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methode axe ski

Illustration des 6 conditions d’impact
(3 linéaires et 3 obliques)

Fausse tête améliorée avec
accéléromètres linéaire
et rotatoires

Le substitut de tête utilisé par Certimoov apporte plus de finesse dans les tests. En effet, les fausse-têtes utilisées par les normes actuelles ne sont pas adaptés aux nouveaux types de chocs testés par Certimoov :

  • l’inertie en rotation n’est pas adaptée aux chocs testés
  • le frottement tête-casque n’est pas réaliste
  • la fausse-tête ne contient pas de capteurs d’accélération rotatoire

Le substitut de tête de Certimoov permet non seulement de tester les casques dans des conditions de choc réalistes mais surtout d’analyser objectivement le niveau de protection du cerveau de chaque casque. 

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tete_iso

La tête ISO utilisée dans les normes actuelles et la tête de mannequin utilisée par Certimoov

Réponse théorique du
cerveau à un choc réel

L’aspect le plus innovant de Certimoov est de coupler le test expérimental avec un outil numérique de prédiction des lésions neurologiques. 
Pour cela, les accélérations linéaires et rotatoires enregistrées pour un choc donné grâce au substitut de tête sont introduits dans le modèle théorique du cerveau. Celui-ci calcule la contrainte ce cisaillement maximum enregistré lors du test pour en déduire le risque de blessure via la courbe de risque.

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Illustration de la méthode couplée « expérimentale et numérique »

Illustration de la méthode couplée « expérimentale et numérique » qui permet d’évaluer le risque de lésion pour un choc donné.

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Lecture de la note

Calcul d’un niveau de risque
moyen de subir une lésion
neurologique modérée

Afin de s’assurer de la reproductibilité des résultats, chaque type d’impact (3 sur une enclume horizontale et 3 sur une enclume inclinée) est testé 3 fois, conduisant à un total de 18 impacts (et donc de 18 simulations et de 18 niveaux de cisaillement du cerveau). La moyenne de ces valeurs est reportée sur une courbe de risque pour en déduire un risque de blessure global pour l’ensemble des impacts.
La note est enfin calculée en fonction du niveau de risque : plus le risque est faible, plus la note est élevée.

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Brain injury

Méthode d’attribution des notes en fonction du risque de blessure obtenu globalement pour les 18 impacts

Contribuer à l'évolution
des normes

Certimoov vise à améliorer la sécurité des utilisateurs en proposant une méthode de test complémentaire aux normes européennes. Faire entrer Certimoov dans les mœurs, c’est aussi donner de la crédibilité à cette nouvelle méthode de test pour, à long terme, faire évoluer les normes pour qu’elles intègrent les mêmes types d’approche dans leur méthode.

Assister les constructeurs
de casque

Les informations supplémentaires procurées par Certimoov permettent aux constructeurs de mieux connaître les points d’amélioration de leurs produits sur le point de la sécurité. En donnant des résultats précis, Certimoov vise à travailler directement avec les constructeurs de casque pour les aider à améliorer la sécurité de leurs produits en leur mettant à disposition des outils innovants. Les biomécaniciens et Certimoov restent à la disposition des constructeurs pour répondre à leurs interrogations, les informer sur la méthode de test et leurs donner plus de détails sur les résultats via une adresse email dédiée.

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skieuse

Informer le consommateur
sur le niveau de protection
comparatif qu’offrent les
différents casques

Parce que la sécurité doit être le premier critère de choix d’un casque, Certimoov permet aux utilisateurs de trouver plus de détails sur le niveau de  protection du cerveau apporté par le casque. Les casques testés reçoivent une note entre 0 et 5, 0 étant la moins bonne note et 5 la meilleure. Il est essentiel de rappeler que tous les casques homologués protègent de façon satisfaisante. Si certains obtiennent une note faible c’est parce qu’ils n’ont pas été fabriqués (obtimisé) pour protéger au choc oblique mas aussi parce que le niveau de blessure pris en considération dans Certimoove est une blessure réversible. L’objectif est d’identifier les meilleurs et de les faire évoluer.

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