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Anatomie de l’abdomen
L’abdomen est la plus grande cavité du corps humain. Entourée latéralement et antérieurement par les muscles abdominaux ainsi que postérieurement par la colonne lombaire, la cavité abdominale est située sous le diaphragme et au dessus du bassin. L’abdomen n’est pas une région homogène, deux types de viscères abdominaux se distinguent, les organes pleins (foie, rate, reins, pancréas) et les viscères creux (intestins, estomac) dont le comportement diffère lors d’une sollicitation mécanique.
Les viscères abdominaux sont impliqués dans les fonctions digestive, urinaire et de reproduction. Leurs tailles et positions peuvent alors être très variables. Cette flexibilité est assurée par une membrane fine, le péritoine qui recouvre l’intérieur de la paroi abdominale et entoure chaque organe de la cavité abdominale. Cette membrane molle contient un fluide garantissant un faible coefficient de frottement entre les organes et la paroi ainsi qu’entre les organes eux-mêmes.
Les organes abdominaux sont principalement protégés par la cage thoracique et les muscles du tronc. Cependant, les côtes inférieures qui couvrent en partie l’abdomen sont moins stables que les côtes supérieures de la cage thoracique puisque non directement reliées au sternum. La localisation des organes peut donc jouer un rôle important dans l’étude des lésions. Le Tableau 1.2 récapitule la localisation, les caractéristiques et la fonction des différents organes abdominaux. Cette description est basée sur l’ « anatomie humaine » de Rouvière et Delmas [3] et du « précis d’anatomie clinique » de Kamina.
Les organes pleins
Les organes pleins sont le foie, la rate, les reins gauche et droit, le pancréas, les glandes surrénales et les ovaires (chez la femme). Les organes sont soit spongieux, soit remplis de sang. Deux de ces organes reçoivent chez le vivant au repos 44 % du débit cardiaque (5l/min) : les reins (0,5% du poids corporels) et le foie (2,5% du poids corporel) [5]. De ce fait, ces organes sont remplis de sang et peuvent être considérés comme incompressibles. La fixation des organes pleins est assurée par les réseaux vasculaires veineux et artériels, les ligaments (attaches directes des organes à la paroi abdominale) et la pression intra abdominale (la pression des viscères environnants et la tonicité de la paroi abdominale). La mobilité des organes est limitée par la paroi antérolatérale de l’abdomen dont la partie supérieure bénéficie partiellement d’une protection costale réalisée par les côtes 8, 9, 10, 11 et 12. Du fait de leur localisation et de leurs attaches, les organes pleins présentent peu de mobilité.
Les organes creux
Les organes creux se composent de l’estomac, de l’intestin grêle, comprenant le duodénum et le jéjuno-iléon, du colon et de la vessie. Ces organes sont tous représentés sur la Figure 1.1. Pour les organes creux, deux types d’attaches coexistent selon qu’ils sont reliés à d’autres organes ou à la paroi abdominale. La membrane reliant un segment du tube digestif à la paroi abdominale se nomme le méso et prend le suffixe du segment associé comme le mésocolon, le mésoduodénum ou le mésentère (concernant l’intestin grêle). La membrane reliant des organes abdominaux entre eux, qu’ils soient creux ou pleins, se nomme l’omentum. Ces membranes sont vascularisées et présentent une plus grande souplesse que les ligaments.
L’estomac est relié au diaphragme par le ligament gastro-phrénique, au foie par le petit omentum et au colon par le grand omentum. Toutes ces attaches de l’estomac réduisent sa mobilité dans l’abdomen. Le jéjuno-iléon fait suite à l’estomac par l’intermédiaire du duodénum. Ce dernier possède une mobilité réduite du fait de sa position ancrée dans le pancréas. Le jejuno-iléon quant à lui est relié à la paroi abdominale par le mésentère et présente une grande mobilité. Le tube digestif se continue ensuite dans le colon pour se terminer par le rectum. Le côlon a une position en forme de cadre, que l’on appelle le cadre colique. On distingue alors trois parties, le côlon ascendant, le côlon transverse et enfin le colon descendant. Les côlons ascendant et transverse sont étroitement reliés à la paroi postérieure de l’abdomen. Le côlon transverse est maintenu en position par ses extrémités au moyen de deux ligaments, un à droite qui le relie au duodénum et un à gauche qui le relie au diaphragme. Ces ligaments maintiennent en place le cadre colique. Le côlon transverse est donc la partie le plus mobile du côlon.
Positions des organes abdominaux
La position des organes dans la cavité abdominale est importante pour comprendre les mécanismes lésionnels. Les Figure 1.2 et Figure 1.3 ainsi que le Tableau 1.2 détaillent le positionnement relatif des organes entre eux ainsi que vis-à-vis des structures osseuses. Comme on le constate sur la Figure 1.2, les reins et le pancréas ont une position postérieure par rapport aux autres organes. Ils sont dits rétro péritonéaux puisqu’ils se situent dans la cavité arrière séparée de la cavité antérieure par une membrane fine, le péritoine. Antérieurement aux reins, se trouvent l’intestin grêle et le côlon. Le côlon transverse avec son méso côlon sépare la cavité abdominale en deux étages : l’étage sus-mésocolique étant la partie de l’abdomen se situant au dessus du côlon transverse et l’étage sous-mésocolique, la partie se situant sous le colon transverse. Les organes sus-mésocolique sont principalement le foie, la rate, le pancréas et l’estomac et sont partiellement protégés par la cage thoracique. Les organes sous-mésocolique sont l’intestin grêle et le côlon.
La partie inférieure de l’abdomen contenant des segments de l’intestin grêle et du côlon présente aussi une protection osseuse par le bassin. Les anses de l’intestin grêle recouvrent le côlon descendant et sont au premier plan, avec le côlon ascendant, lors d’une compression abdominale. De plus, les organes en regard de la colonne vertébrale comme le pancréas, une partie du foie et les anses grêles, ont plus de risque d’écrasement sur celle-ci lors d’un choc frontal que les organes qui se trouvent de part et d’autre. La connaissance de la position des organes dans la cavité abdominale est importante pour interpréter les lésions observées et connaître le risque lésionnel selon le type de sollicitation. Cependant, la position de ces organes est supposée dépendante de la position du sujet. En effet, le péritoine assurant une plus grande mobilité entre les organes, peut permettre une disposition différente des organes selon que le sujet soit assis, debout ou allongé.
Informations influant sur la mécanique
Les caractéristiques des organes sont présentées dans le Tableau 1.2. La composition des organes varie selon que ceux-ci sont pleins ou creux. Cette spécificité permet de supposer des comportements mécaniques différents selon leur type. Tous les organes creux présentent approximativement la même structure en cinq couches de membranes superposées avec des orientations différentes, leur conférant ainsi une bonne résistance mécanique. Cependant les différences de localisation, de taille et de moyens de fixation de ces organes engendrent des réponses mécaniques différentes pour une même sollicitation.
Chaque organe plein a son propre comportement. Certains organes comme le foie et la rate sont des organes remplis de sang, d’autres sont granuleux comme le pancréas. La rate et le pancréas sont des organes très friables, le foie et la rate ont des cohésions faibles ce qui diminue leur résistance. Par contre la capsule rénale qui protège le rein est très résistante. Il y a autant de comportements que d’organes. A cette analyse de comportement mécanique propre à chaque organe, s’ajoute une diversité des moyens de fixation et de leurs résistances conférant une très grande variabilité dans le comportement global.
Variantes anatomiques
Deux grands types de variantes doivent être pris en compte dans la description des organes et de leur organisation au sein de la cavité abdominale. En effet, des variantes anatomiques inter-individus peuvent être rencontrées ainsi que des variantes liées au fonctionnement des organes. La première observation faite sur les sujets est la différence dans la disposition et la longueur du côlon et des anses grêles. La disposition du côlon et sa taille dépendent de la taille du thorax du sujet. Si le thorax est long et étroit comme le montre la Figure 1.4, le côlon sera long et sinueux. Par contre si le thorax est court et large, le côlon sera plus court et sa disposition sera rectiligne comme le montre la Figure 1.5.
De même, on observe une variation de longueur des anses grêles allant de 5 à 10 m selon les individus. Cette longueur est dépendante comme pour le côlon de la taille du thorax ainsi que de celle du bassin. Néanmoins cette longueur n’est pas dépendante de la taille de la cavité abdominale. Il existe également des variantes dans la disposition des anses selon les individus (Figure 1.6).
Les autres organes comme le foie et la rate par exemple connaissent des différences également en taille mais aussi en masse selon les individus. Ces différences sont importantes à considérer dans la compréhension des mécanismes lésionnels. Par exemple, selon la taille du foie, sa protection par le grill costal peut varier notablement.
De par la fonction même des organes, leur géométrie et leur comportement peuvent être modifiés. Les anses grêles ont une forme différente selon les différentes phases de digestion, selon qu’elles sont totalement vides ou plus ou moins remplies. Vides, elles ont l’aspect d’un ruban épais et aplati. Remplies, elles ont une forme cylindrique. De plus, le tube digestif, n’est pas nécessairement rempli de manière uniforme. L’aspect du contenu dépend de l’état de la phase de la digestion : on peut y trouver quelques bulles de gaz, du liquide, des aliments plus ou moins avancés dans leur phase de décomposition. De même un estomac plein ne va pas se comporter de la même façon et remplir le même espace abdominal qu’un estomac vide. La rate a également des dimensions différentes au cours de la digestion. Le comportement mécanique de ces organes peut donc aussi dépendre de l’état physiologique dans lequel ils se trouvent lors de la sollicitation.
Toutes ces différences qu’elles soient géométriques, physiologiques ou mécaniques, doivent être considérées pour la compréhension les mécanismes lésionnels. Elles peuvent engendrer entre deux individus des comportements différents des organes pour une même sollicitation.
Typologie de chargement de l’abdomen
Afin de comprendre les causes des lésions au niveau de l’abdomen, il est nécessaire au préalable de s’intéresser aux données provenant d’accidents réels. Deux types de données sont utilisés, les études d’accidents provenant de la littérature ainsi que des renseignements sur de nombreux accidents disponibles et accessibles dans la base du LAB Renault-PSA-Citroën. Une étude détaillée d’accidents ayant entraîné des lésions abdominales a été réalisée grâce à ces données.
Revue des études d’accidentologie
Nahum en 1970 [9] a analysé des données d’accidents réels impliquant 972 occupants dans 604 voitures construites entre 1960 et 1969. Vingt pour cent des occupants portaient une ceinture ventrale et 1% une ceinture deux points thoracique. L’auteur distingue les voitures sorties entre 1960 et 1966 et celles sorties après 1967, date à laquelle sont apparues les colonnes de direction avec absorbeur d’énergie. Le risque abdominal et la cause des lésions pour les conducteurs, les passagers avant et les passagers arrière de ces deux catégories de voiture sont analysés.
Pour les conducteurs, le risque d’encourir des lésions modérées à sévères au niveau de l’abdomen a diminué de 19,8% à 16,5% entre 1960 et 1969. Entre 1960 et 1966, les lésions sont dues à 55% au contact avec le volant et à 4% au chargement par la ceinture de sécurité. Entre 1967 et 1969, les proportions sont respectivement de 21% et 11%. Pour les passagers avant, le risque a augmenté de 10% à 15,3%. Pour les voitures sorties entre 1960 et 1966, les causes sont à 38% le contact avec l’intérieur du véhicule et à 8% le chargement par la ceinture de sécurité. Pour les voitures sorties entre 1967 et 1969, les causes sont à 30% le contact avec l’intérieur du véhicule et à 15% le chargement par la ceinture. Enfin, pour les passagers arrière, le risque a diminué de 12,5% à 2,2% et les causes sont passées de 57% pour le siège avant à 100% pour la ceinture de sécurité. Les lésions, entre 1960 et 1966, sont à 71% modérées à sévères et sont, entre 1967 à 1969, à 100% mineures. L’amélioration des voitures ainsi que des systèmes de retenue a permis de diminuer le risque de lésions au niveau de l’abdomen ainsi que leur sévérité ; cependant, la ceinture apparaît comme une cause grandissante des lésions abdominales. Ce phénomène sera appelé dans les années 1970, le syndrome de la ceinture de sécurité.
Concernant la typologie des lésions, deux études sont utilisées, celle de Bondy en 1980 [10] et celle de Rouhana en 1998 [11]. Bondy étudie la base de données américaine NCSS (The National Crash Security Study) et constate qu’en choc frontal, les organes les plus lésés sont le foie (39%), la rate (25%) et l’appareil digestif (16%). Les causes de ces lésions sont le contact à 51% avec le volant, à 26% avec l’intérieur et à 1% avec la ceinture de sécurité. Rouhana étudie la fréquence des lésions abdominales ainsi que les contacts responsables de ces lésions dans la base de données américaine NASS (The National Accident Sampling System) de 1988 à 1994. Les organes les plus fréquemment lésés sont le foie à 38%, la rate à 23% et l’appareil digestif à 17%. Les éléments associés à ces lésions sont (68%) le volant, (17%) la ceinture de sécurité et (14%) l’airbag. Cette répartition des éléments associés est différente de celle obtenue par Bondy et justifiée par l’utilisation plus fréquente des ceintures de sécurité sur la période d’étude de Rouhana. Ce dernier met également en relation les lésions observées avec les éléments heurtés. Le volant est le plus souvent associé aux lésions du foie (34%) et de la rate (14%). La ceinture est associée aux lésions des organes digestifs (48%) pour les passagers ayant une ceinture trois points et aux lésions de la rate (11%) pour les passagers ayant une ceinture deux points thoracique.
Dans ces deux études, les lésions des organes abdominaux pleins comme le foie et la rate sont prédominants avec comme cause principale la pénétration du volant. La ceinture, quant à elle, et principalement la ceinture ventrale, est responsable des lésions des organes digestifs.
Dans ces études américaines, il est important de souligner que la plupart des occupants ne sont pas ceinturés, le port de la ceinture n’étant pas obligatoire dans tous les Etats. Malheureusement, dans ces études, la proportion des occupants ceinturés et non ceinturés est rarement documentée. De plus, dans le parc automobile américain, on trouve divers systèmes de retenue : les ceintures ventrales, les ceintures deux points thoraciques et les ceintures trois points. Il est intéressant de compléter et approfondir ces données par des études sur les bases de données françaises où les ceintures trois points sont majoritaires.
Dans ce but, une étude détaillée d’accidents établie sur la base de données du LAB Renault-PSA-Citroën a été réalisée.
Etude d’accidents sur les données de la base du LAB
Cette étude a été réalisée en 2005. Elle a pour but de comprendre les mécanismes lésionnels au niveau de l’abdomen lors d’un choc frontal. Pour ce faire, les influences de plusieurs paramètres tels que la sévérité du choc, la position de l’occupant dans la voiture, l’âge de l’occupant et les différents systèmes de retenue, sont étudiés à la fois sur le risque abdominal ainsi que sur les lésions observées au niveau de l’abdomen. Les lésions sélectionnées sont des lésions modérées à sévères, codées 3+ sur l’échelle AIS. Le risque abdominal est défini comme le rapport entre le nombre d’occupants ayant des lésions abdominales d’AIS 3+ (des lésions sérieuses à grave) et le nombre d’occupants impliqués dans les accidents.
Cette étude a fait l’objet d’un article en 2006 [12]. Ce paragraphe résume les principaux résultats. La base de données utilisée s’étendait de 1970 à 2005 et contenait 14 000 véhicules accidentés, 25 000 occupants et 65 000 lésions répertoriées. La sévérité du choc est évaluée par la mesure d’une vitesse équivalente (EES : vitesse à laquelle la voiture devrait heurter un mur rigide pour obtenir la même déformation que celle observée) et par le recul de la planche de bord. Différents configurations de retenue sont étudiées : les occupants non ceinturés et les occupants ceinturés soit avec une ceinture statique, soit avec une ceinture avec enrouleur.
Revue des essais biomécaniques existants
De nombreux tests biomécaniques ont été réalisés pour analyser les mécanismes et critères de blessures de l’abdomen : des tests de compression et d’impact sur différents sujets, des animaux vivants ou morts, des cadavres humains, des volontaires ou encore des organes isolés de cadavres ou d’animaux.
Concernant les tests sur volontaires, l’étude ne peut se faire que dans un domaine de faible énergie, infra lésionnel. Ces tests sont utilisés pour obtenir des informations générales comme la raideur du corps humain par exemple. Par contre, les tests sur cadavres ou animaux peuvent reproduire le comportement du corps dans le domaine lésionnel avec des conditions de chargement extrêmes. L’inconvénient réside dans le fait que les tissus dénués de vie n’ont pas le même comportement que les tissus vivants. La comparaison faite entre des animaux vivants et des animaux morts de la même espèce permet d’extrapoler chez l’homme le comportement des tissus vivants de l’homme en fonction de la réponse des cadavres. Les réponses obtenues sont normalisées afin d’être regroupées pour définir un corridor de réponses qui pourra être utilisé pour le développement de mannequins.
Les essais rapportés dans la littérature peuvent être classés d’après le type de sollicitation appliquée. En choc frontal, trois grandes familles de tests biomécaniques sont mises en œuvre pour reproduire les lésions abdominales subies dans des accidents de la route. Des essais reproduisant l’impact avec le volant, la compression de l’abdomen par l’airbag et enfin le chargement de l’abdomen par la ceinture de sécurité.
Bien que notre étude s’intéresse principalement au chargement de l’abdomen par une ceinture de sécurité, il est intéressant de présenter également les autres tests biomécaniques sur l’abdomen. Ces tests ont contribué à l’élaboration et à la validation des modèles éléments finis ainsi qu’à la définition des critères de tolérance.
Essais reproduisant l’impact du volant avec l’abdomen
Ce type d’impact simule le contact entre le volant et l’abdomen d’un conducteur principalement non ceinturé lors d’un choc frontal. La Figure 1.7 illustre ce phénomène.
Les essais dynamiques en choc frontal avec un impacteur rigide ont débuté dans les années 1970 avec Beckam [14], Stalnaker [15] et Trollope [16] sur des singes anesthésiés. Les résultats de ces études sont regroupés et analysés par Stalnaker [15] en 1985. Trois autres études sur cadavres humains suivirent, celles de Cavanaugh en 1986 [17], de Viano en 1989 [18], de Nusholtz en 1985 [13] et 1994 [19] et plus récemment celle de Hardy et al. en 2001 [20].
Les principales différences concernant les conditions de chargement dans les tests réalisés jusqu’à présent sont la localisation de l’impact (partie inférieure ou partie supérieure de l’abdomen), la masse de l’impacteur de 18 à 64 kg, la vitesse d’impact qui varie de 5 à 17 m/s et les conditions de retenue du sujet (avec ou sans appui postérieur). Quatre études différentes, essentiellement focalisées sur la construction de corridors sont comparées dans le Tableau 1.4.
Essais de chargement par une ceinture de sécurité
Les essais de compression dynamique de l’abdomen par une ceinture permettent de reproduire l’interaction qui se produit entre la ceinture ventrale et l’abdomen lors d’un choc automobile. Les essais ont pour but d’étudier de manière contrôlable et répétable l’interaction ceinture/abdomen. Les sujets sont principalement des porcs morts (Rouhana [21]) ou anesthésiés (Miller [22]) et des cadavres humains (Hardy [20], Trosseille [23], Foster [24]). Ces mêmes essais avec des mannequins comme le THOR [23] et l’Hybrid III permettent de comparer la réponse des sujets à celle des mannequins afin d’évaluer leur biofidélité. Rouhana en 2001 [25] utilise les réponses des essais de Hardy [20] pour élaborer un abdomen rempli de silicone pour le mannequin HIII afin d’améliorer son comportement.
Les essais de Miller en 1989 [22] portent sur 25 porcs anesthésiés, placés sur le dos et chargés par une ceinture au niveau de la 4ème vertèbre lombaire (correspondant à la 3ème lombaire pour l’homme) à des vitesses comprises entre 3,7 et 6,3 m/s au moyen d’une machine hydraulique. Le système utilisé est présenté sur la Figure 1.12. Rouhana en 1989 [21] réalise des essais identiques sur 15 porcs morts à des vitesses comprises entre 0,2 et 5,3 m/s. Des corridors force pénétration sont définis afin d’évaluer et d’améliorer les réponses des mannequins de chocs.
Modélisation du comportement de l’abdomen
Modèles analytiques
Les modèles analytiques permettent de comprendre et de reproduire avec des paramètres simples le comportement de l’abdomen.
Comme nous l’avons vu précédemment dans la revue bibliographique des essais, il existe autant de corridors que de séries d’essais. Les réponses obtenues sont dépendantes du type de sollicitation, c’est-à-dire du moyen de chargement, de la vitesse, des sujets utilisés, etc…. Pour s’affranchir des sollicitations différentes et afin de comparer ses essais aux essais existants, Trosseille [23] a développé un modèle analytique permettant de reproduire le comportement de l’abdomen. Ce modèle appliqué au sujet humain comporte un ressort et un amortisseur en parallèle afin de reproduire le comportement viscoélastique de l’abdomen observé dans les essais. Le modèle est représenté sur la Figure 1.19. De ses courbes d’effort en fonction de la pénétration, il détermine les raideurs statiques (à vitesse nulle c’est-à-dire à pénétration maximale). D’après les résultats de ses différents essais, il constate que la raideur statique peut être considérée comme une fonction linéaire de la pénétration. Ainsi pour implémenter la raideur de son modèle, il moyenne les valeurs obtenues. Il définit ensuite un effort dynamique qui correspond à l’effort total auquel il soustrait l’effort statique. L’effort dynamique est ensuite tracé en fonction de la vitesse de pénétration. La linéarité de cette courbe suggère l’utilisation d’un amortisseur linéaire pour définir le modèle. Les valeurs obtenues sont 12,9 kN/m pour la raideur et 765 Ns/m pour l’amortissement. L’auteur compare la réponse du modèle avec les corridors définis par Hardy comme nous l’avons précédemment vu au paragraphe 1.3.3.
Un modèle de ce type est également implémenté pour reproduire le comportement abdominal du mannequin de choc (THOR). Une masse est ajoutée au modèle précédent (Figure 1.20). La comparaison du mannequin THOR et du cadavre montre que la raideur statique de l’abdomen du mannequin est plus élevée que celle du cadavre (deux fois plus élevée pour une pénétration de 80 mm). Par contre le coefficient d’amortissement est quatre fois plus faible pour l’abdomen de mannequin que pour celui des cadavres.
Ces modèles analytiques sont simples à mettre en œuvre et permettent de comprendre le comportement de l’abdomen en identifiant les paramètres influants.
Modèles éléments finis
Grâce à l’amélioration des moyens de calcul, se développent de plus en plus de modèles numériques notamment par éléments finis. Les essais virtuels de crash se substituent alors progressivement aux essais avec mannequins. En effet, les modèles sont moins coûteux et permettent de représenter la complexité du corps humain tant en terme de géométrie que de comportement mécanique. Chaque partie du corps humain est détaillée et comporte sa propre loi de comportement. L’intérêt de ces modèles est de pouvoir reproduire le comportement global de l’être humain lors d’un choc, tout en étant capable d’analyser l’évolution des contraintes ainsi que les déplacements et les déformations de chacun des organes. Cette finesse de modélisation autorise la prédiction des lésions ainsi que leur localisation.
Dans la suite, nous allons faire une synthèse des modèles numériques existants et développés pour le choc frontal en se focalisant sur la description de l’abdomen.
Les modèles répertoriés Tableau 1.8 sont des modèles numériques d’être humain correspondant à un 50ème percentile homme. Différents degrés de détails, de caractéristiques sont présents au niveau des organes abdominaux. Les organes pleins comme le foie, la rate et les reins sont représentés dans tous les modèles. L’estomac est représenté par sa géométrie dans deux modèles, contrairement aux intestins qui sont modélisés par un ou plusieurs sacs. Les attaches entre les différents organes sont principalement simulées par des interfaces de contact. Certains vaisseaux sont modélisés. Les propriétés affectées à chaque organe sont issues d’expériences ou sont ajustées lors de simulations préliminaires afin d’améliorer la réponse globale du modèle. Ces propriétés sont également répertoriées dans le Tableau 1.8.
Les modèles ont pour but de reproduire la cinématique de l’occupant ainsi que les réponses globales d’effort et de pénétration obtenues dans plusieurs configurations d’essais que l’on a vu dans le paragraphe 1.3. En choc frontal, ces modèles sont tous validés avec les essais d’impacteur de Cavanaugh. Parmi ceux-ci, un modèle est de plus validé avec les essais de barre rigide de Hardy, et deux autres avec les essais de barre rigide et de chargement ceinture de Hardy. Dans le processus de validation des modèles, il est préférable d’utiliser les courbes de réponses en fonction du temps obtenues dans les différents essais expérimentaux simulés. Cependant, comme les modèles ne peuvent généralement pas représenter la taille et la masse de tous les sujets utilisés, les corridors sont les plus fréquemment utilisés pour la validation de ces modèles numériques.
Le but de ces modèles est également d’estimer le risque lésionnel des différents organes internes selon les configurations de chocs. Certaines études sur ces modèles évaluent les critères de blessure à partir des critères développés au paragraphe 1.4 qui se basent sur des mesures globales. D’autres étudient les mesures de pression et les contraintes dans les organes disponibles dans la formulation des calculs par éléments finis afin de les comparer aux tolérances de ces organes disponibles dans la littérature. Ces valeurs limites sont essentiellement déterminées par des essais de traction et de compression sur les organes isolés. Cependant, la prédiction des lésions au niveau des organes abdominaux, grâce aux modèles numériques, est encore peu développée, particulièrement pour les lésions des organes creux.
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Table des matières
Chapitre 1 : Position du problème, contexte et définition
1.1. Anatomie de l’abdomen
1.1.1. Anatomie structurelle
1.1.1.1. Les organes pleins
1.1.1.2. Les organes creux
1.1.1.3. Positions des organes abdominaux
1.1.2. Informations influant sur la mécanique
1.1.3. Variantes anatomiques
1.2. Typologie de chargement de l’abdomen
1.2.1. Revue des études d’accidentologie [7; 8]
1.2.2. Etude d’accidents sur les données de la base du LAB
1.2.3. Conclusion
1.3. Revue des essais biomécaniques existants
1.3.1. Essais reproduisant l’impact du volant avec l’abdomen
1.3.2. Essais de compression abdominale par airbag
1.3.3. Essais de chargement par une ceinture de sécurité
1.4. Critères de blessure
1.5. Modélisation du comportement de l’abdomen
1.5.1. Modèles analytiques
1.5.2. Modèles éléments finis
1.6. Discussion, conclusions et objectif du travail
Chapitre 2: Dispositif expérimental et protocole
2.1. Description du banc d’essais
2.2.1. Description générale
2.2.2. Positionnement des sujets
2.2.3. Ajustement du montage selon les sujets et réglage de la précontrainte
2.2.3.1. Ajustement en fonction de la taille des sujets
2.2.3.2. Ajustement en fonction de la corpulence des sujets
2.2.3.3. Précontrainte :
2.3. Description des sujets
2.3.1. Conservation
2.3.2. Anthropométrie
2.3.3. Préparation
2.4. Instrumentations utilisées
2.4.1. Instrumentation de la ceinture et du dossier
2.4.1.1. Ceinture
2.4.1.2. Dossier
2.4.2. Instrumentation des sujets
2.4.3. Radiographies sur le moyen d’essais
2.4.4. Vidéographie
2.5. Traitement du signal
2.5.1. Acquisition des mesures
2.5.2. Validation et compensation des capteurs d’effort
2.5.3. Utilisation des mesures
2.5.4. Matrices d’essais
2.5.4.1. Essais MHA
2.5.4.2. Essais PRT
Chapitre 3: Mise en œuvre de la vidéographie tridimensionnelle
3.1 Principe général
3.2 Mise en oeuvre
3.2.1 Choix du type de mires
3.2.2 Positionnement des caméras et précautions Calibration
3.2.3 Suivis des mires – Acquisition des trajectoires
3.3 Précision de la reconstruction
3.4 Validation des trajectoires reconstruites
Chapitre 4 : Analyse des mesures
4.1. Résultats des essais simulant le phénomène du sous marinage : Essais MHA
4.2. Résultats des essais simulant le phénomène de mauvais positionnement de la ceinture : Essais PRT
4.3. Discussion et Conclusion
4.3.1. Chargements très différents
4.3.2. Effets de masse et de viscosité
4.3.3. Raideur statique
4.3.4. Tendance inversée entre l’effort dossier et l’effort au niveau de l’abdomen
4.3.5. Différence entre les mesures accélérométriques et les données obtenues par le suivi de mires
Chapitre 5 : Etude de la déformation 3D de l’enveloppe externe de l’abdomen
5.1. Reconstruction 3D de la surface
5.2. Exploitation des déformées
5.3.1. Etude du profil de la ceinture
5.3.2. Comparaison des déformées entre PRT et MHA
5.3.3. Etude de la variation de volume
5.3. Discussion et conclusion
Chapitre 6 : Comportement viscoélastique sous chargement dynamique
6.1. Objectifs du modèle masses – ressorts – amortisseurs
6.2. Choix du modèle et détermination des paramètres physiques
6.3. Etude de l’inversion entre l’effort dossier et l’effort au niveau de l’abdomen
6.4. Application du modèle à d’autres résultats d’essais de la littérature
6.3.2. Essais de Hardy [20]
6.3.1. Essais de Trosseille [23]
6.3.3. Essais de Foster [24]
6.5. Discussion et conclusion
Chapitre 7: Examen des critères lésionnels et proposition d’un éventuel critère
7.1. Autopsie
7.2. Radiographie et mesures de pression
7.3. Critère de blessure
7.4. Discussion et conclusion
Chapitre 8 : Proposition de modélisation et de validation du comportement interne de l’abdomen
8.1. Modèles initiaux
8.1.1. Géométrie et caractéristiques de l’abdomen du modèle être humain HUMOS2
8.1.2. Modélisation du moyen d’essais et positionnement de HUMOS2
8.1.3. Personnalisation du modèle numérique
8.1.3.1. Utilisation de la méthode d’interpolation par RBF (Radial basis function)
8.1.3.2. Applications sur les 8 sujets
8.1.3.3. Validation de la mise à l’échelle
8.2. Méthodes de validation des modèles
8.2.1. Mesures globales
8.2.2. Déformée de la paroi abdominale
8.2.3. Mesures de volume
8.3. Simulation des essais et résultats
8.3.1. Modèle MHA111
8.3.2. Modèle PRT052
8.3.3. Conclusions
8.4. Discussion et proposition d’amélioration
8.4.1. Perte de volume
8.4.1.1. Résultats de la simulation avec HUMOS2 modifié pour l’essai MHA111
8.4.1.2. Résultats de la simulation avec HUMOS2 modifié pour l’essai PRT052
8.4.2. Amélioration de la déformée observée dans les régions inférieures
8.5. Conclusion sur la modélisation
Discussion générale
Conclusion générale
Bibliographie
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