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Choc frontal : un modèle pour comprendre les lésions du cou

06/02/2019

Mieux prédire les lésions du cou lors d’un choc frontal et ainsi optimiser l’habitacle des voitures, c’est tout l’objet des recherches de Frank Meyer. En collaboration avec une équipe américaine, le biomécanicien est parvenu à calculer les efforts exercés dans la colonne cervicale. Ses recherches ont été publiées dans le Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials.

Sous l'oeil averti de maitre Yoda,
Frank Meyer travaille sur la modélisation
numérique du cou. Photo MR.

Depuis un an, Frank Meyer, spécialiste en Biomécanique des chocs (ICube), s’est lancé dans une nouvelle collaboration avec le département de neurochirurgie du Medical college of Wisconsin (Etats-Unis). Après plusieurs publications communes sur le traumatisme cranio-encéphalique, place à la colonne vertébrale et plus précisément aux lésions provoquées sur cette partie du corps lors de chocs frontaux. « Je travaille sur la partie modélisation numérique. Le modèle a été créé à partir d’images scanner d’un sujet standard », résume le biomécanicien.

Un modèle validé via des expériences

Pas de vascularisation, ni de nerfs pris en compte. « Ce qui est modélisé ce sont soit les parties lésées lors d’un choc ou qui ont un rôle mécanique. Pour le cou, il s'agit des sept vertèbres cervicales ainsi que la première vertèbre thoracique, les muscles, la peau, les disques intervertébraux et les ligaments. » Autre contrainte : chaque structure modélisée doit avoir sa propre loi de comportement qui correspond à sa matière.

Une fois réalisé, le modèle doit être validé. Au sein du laboratoire américain, des expériences en choc frontal sont effectuées sur des cadavres. La cinématique (vitesses, accélérations, déplacements) et les forces et moments au niveau de la première vertèbre thoracique et de la tête sont enregistrées. Pour savoir si le modèle réagit de la même façon que les cadavres, Frank Meyer simule un premier cas. Les résultats sont similaires vis à vis des essais pour chacune des grandeurs enregistrées expérimentalement.

Seules les parties lésées lors d’un choc
ou qui ont un rôle mécanique sont
modélisées. Crédit DR

Vers l’optimisation de l’habitacle des voitures

A travers la reconstruction numérique de nombreux accidents réels, où sont disponibles non seulement la cinématique de l’accidenté mais aussi sa cartographie lésionnel, Frank Meyer tente d’établir des critères lésionnels. En ce qui concerne le choc frontal, les forces et les moments calculés dans le rachis cervical semblent être un paramètre pertinent.

Pour le vérifier, le chercheur crée cinq chocs virtuels caractéristiques de faible à haute énergie, allant de 14km/h à 60 km/h au niveau de la première vertèbre thoracique. « Nous avons calculé les forces et les moments dans les six disques intervertébraux. » Résultat : « Si l’on parcours le rachis du niveau inférieur au niveau supérieur les calculs montrent que la force tranchante n’a pas de tendance significative, la force axiale (verticale) reste constante le long du cou et enfin le moment de flexion diminue linéairement. »

Et après ? « Nous allons reconstruire des cas en choc frontal avec ou sans lésion et essayer de trouver laquelle de ces grandeurs mécaniques corrèle avec le niveau de lésion. La même méthodologie va ensuite être appliquée pour l’étude du choc latéral, oblique et multidirectionnel. » A terme, ces recherches pourraient servir dans l’évaluation et l’optimisation de l’habitacle des voitures avec des applications dans la conduite autonome.

Marion Riegert