Fruit de calculs mathématiques complexes et de données bien réelles, HUByx est un mannequin en 3D prêt à encaisser les coups. Mêlant biomécanique et simulation numérique, ce modèle étudie la résistance de l’organisme humain à une chute, un impact de balle ou une explosion. Avec pour objectif la protection de la personne, dans le domaine civil comme militaire.
Ce cher Hub n’est pas un cousin de chair et de sang, mais un mannequin numérique qui, sous l’acronyme HUByx pour Hermaphrodite Universal Biomechanics yx, est un représentant du genre humain le plus consensuel qui soit. Créé de toutes pièces en 3D par des ordinateurs de grande puissance, il intègre un maximum de caractéristiques et se comporte comme un véritable être humain dans la réponse qu’il donne à des sollicitations mécaniques extrêmes. Comme les fortes pressions induites par une explosion ou l’impact d’une chute depuis un arbre.
Objet d’une modélisation mathématique des plus rigoureuses depuis cinq ans, HUByx a fait les preuves de sa biofidélité. « Nous établissons des comparaisons avec les tests expérimentaux déjà connus : les réactions du modèle sont très proches des observations réelles », explique Sébastien Roth, chercheur à l’IRTES – UTBM et concepteur d’HUByx.
Le choc est modélisé, tout comme la composition et les caractéristiques mécaniques des organes. Pour l’instant les études se concentrent essentiellement sur la partie thoracique de l’organisme, comprenant poumons, cœur, estomac… Le modèle, validé, se prête à de nombreuses simulations à partir de données cliniques et d’études statistiques. Le but est de déterminer la limite de réaction d’un organisme à des sollicitations mécaniques, un exercice d’autant plus délicat que cette limite varie d’un individu à l’autre, selon la constitution, la morphologie ou l’âge du sujet. Intégrer le maximum de données au modèle semble le meilleur moyen de définir un compromis de « seuil de blessure ».
L’objectif final est de développer un outil de prédiction de blessure qui permettra d’optimiser la fiabilité de systèmes de protection comme un gilet pare-balles ou un blindage dans le domaine militaire.
Image d’une simulation d’explosion
Le comportement du corps humain peut également se mesurer de manière expérimentale sur des sujets post mortem, exigeant des protocoles complexes. La modélisation contourne cette difficulté et surtout apporte de la finesse d’analyse
pour des réactions consécutives à des sollicitations fulgurantes comme une explosion, dont la conséquence est difficilement cernable à l’œil nu. La méthode mathématique dite des éléments finis est généralement employée, et un « maillage » du corps humain est donc réalisé, dont chaque point implique la résolution d’une équation.
D’autres méthodes numériques existent, comme les formulations sans maillage, qui signifient, elles, que les particules sont liées par une relation mathématique et non plus par la géométrie. Elles peuvent être utilisées pour la modélisation de chocs très violents, d’une rapidité extrême et / ou pénétrants, comme une balle, impliquant des déformations très importantes pour lesquelles les méthodes mathématiques classiques peuvent montrer des limites. Les calculs, très complexes, sont assurés grâce aux moyens développés à l’UTBM et au Mésocentre de calcul de Franche-Comté.
HUByx est un programme de recherche conduit depuis cinq ans à l’UTBM, avec la collaboration de la société française CEDREM, un bureau d’études spécialisé dans l’analyse des systèmes complexes soumis à des chocs, des impacts ou des explosions, et le soutien de la Région Franche-Comté.
Contact : Sébastien Roth
UTBM
Tél. (0033/0) 3 84 58 39 01
