FR2969274A1 - Procede d'essai d'un equipement de protection vis-a-vis d'elements perforants - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes pour l'être humain comprenant les étapes suivantes : - prévoir un bloc de matériau à déformation plastique, - équiper le bloc avec l'équipement de protection à tester, - appliquer des éléments perforants selon une série d'énergies et de cinématiques déterminées sur l'équipement de protection, - mesurer des dimensions de l'impact des éléments perforants dans le bloc de matériau à déformation plastique, et obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants, et - convertir la série de mesures à l'aide des données de conversion obtenues par un procédé de conversion conforme à l'invention de manière à en déduire les paramètres mécaniques correspondants résultant de l'action des éléments perforants sur un mannequin.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne de manière générale les vêtements ou équipements de protection des personnes, notamment des forces de maintien de l'ordre et/ou des forces armées, contre le tir de munitions ou les armes perforantes de type poinçons, couteaux etc. La présente invention concerne en particulier les procédés d'évaluation de la protection assurée par de tels vêtements ou équipements de protection, et de conception et de fabrication de vêtements ou équipements ayant des propriétés de protection données.

ETAT DE LA TECHNIQUE On connaît déjà différents procédés de mesure de l'efficacité de vêtements ou équipements de protection contre le tir de munitions ou les armes perforantes. Conventionnellement, et en accord avec les différentes normes sur la résistance des équipements de protection corporelle aux balles et autres armes perforantes, et en particulier selon la norme américaine NIJ 0101.06, on utilise de la Plastiline®, une pâte de dureté normalisée, sous forme d'un bloc d'un poids de 80kg maintenu à une température de 20°C ou équivalent Fahrenheit. Le procédé consiste à fixer l'équipement à tester sur un tel bloc à l'aide de sangles, et à réaliser un tir sur cet équipement à une distance déterminée - en général cinq mètres pour les armes de poing et dix à quinze mètres pour les armes dites d'épaule - ce tir étant réalisé à l'aide d'un banc de tir tirant des munitions de poids normalisé à une vitesse également normalisée. L'équipement testé est homologué s'il remplit les deux conditions suivantes : - il arrête le projectile tiré par le banc de tir, 1 - la profondeur maximum de l'empreinte du choc dans le bloc de Plastiline® situé immédiatement derrière l'équipement de protection ne dépasse pas une profondeur déterminée (généralement fixée par un donneur d'ordre), typiquement par exemple de 44 mm, cette profondeur étant mesurée à l'aide d'un pied à coulisse. La Plastiline® étant un matériau relativement économique et assez répandu, ce procédé présente l'avantage d'être économique et d'une grande facilité de mise en oeuvre pour les laboratoires d'essais de tirs, pour tester des équipements de protection développés par des industriels.

Il présente toutefois l'inconvénient de ne pas permettre de déduire, à partir de la mesure des profondeurs des impacts réalisés dans le bloc de Plastiline®, les conséquences traumatologiques des impacts de munitions ou des coups de couteaux sur un sujet porteur de l'équipement. De plus, au cours de ces essais, les mesures de déformation de la Plastiline® peuvent être faussées à mesure que les tirs sont effectués, car la Plastiline® est un matériau dont le comportement mécanique dépend beaucoup de sa température, la hausse de température résultant des impacts de munitions successifs dans le bloc de Plastiline® pouvant être suffisante pour fausser les résultats.

La demande de brevet FR 2 933 181 A propose quant à elle la mise en oeuvre d'un mannequin instrumenté du type Hybrid III (commercialisé par la société ETD, Hittfeld, D-21218 Seevetal, Allemagne), équipé de capteurs disposés dans une région d'essai, par exemple l'abdomen, le thorax, la tête, les vertèbres, la colonne vertébrale, etc.

Ces capteurs permettent, par la mesure de paramètres tels que par exemple des forces, des moments et des accélérations selon plusieurs axes, en surface du mannequin, de donner des indications d'ordre traumatologique de l'effet des impacts sur le corps humain. Un mannequin de ce type est cependant extrêmement couteux, et l'utilisation de munitions risque de le détériorer fortement et irrémédiablement. A cet effet, selon le document FR 2 933 181 A, le mannequin est donc équipé d'une protection formant tare devant la ou les régions équipée(s) de capteurs. Des tests de tirs de projectiles sont alors réalisés : - d'une part sur le mannequin équipé de la protection mais dépourvu de l'équipement ou du vêtement de protection que l'on cherche à tester, pour obtenir grâce aux capteurs du mannequin une première série de mesures mécaniques, - et d'autre part sur le mannequin équipé de la protection ainsi que de l'équipement ou du vêtement de protection à tester, pour obtenir une deuxième série de mesures mécaniques. A la suite de ces tirs de projectiles, les deux séries de mesures sont comparées pour en déduire l'efficacité de l'équipement ou du vêtement de protection testé. Cette solution présente l'avantage de pouvoir déterminer les risques traumatologiques rémanents au cours de l'utilisation d'un équipement de protection, et ce, grâce aux capteurs disposés sur le mannequin et aux caractéristiques structurelles du mannequin. Cependant, cette solution est difficile à mettre en oeuvre pour des tests réguliers. En effet, les mannequins utilisés dans ce genre de méthodes sont si onéreux qu'il est impossible pour les laboratoires de tirs agréés de s'équiper de tels mannequins. Il est alors nécessaire, lors d'un processus d'essais d'un équipement, voire de son homologation, d'externaliser les essais auprès d'un institut centralisé possédant ce type d'équipement. Or la très faible disponibilité de ces mannequins impose parfois des délais très longs pour réaliser ces essais, et peut aussi nécessiter de les déplacer d'un centre d'essais à un autre, ce qui engendre des coûts et des délais contraignants dans la conception des équipements de protection. En outre, les mesures effectuées par les capteurs ne sont pas pleinement représentatives des effets traumatologiques pour le porteur de l'équipement, dans la mesure où elles peuvent être faussées par la présence des protections du mannequin, ces protections étant d'autant plus importantes et susceptibles de fausser les mesures que les tirs d'essais s'effectuent avec des armes puissantes. Ainsi le tir de munitions avec des armes à feu de très grande puissance est susceptible de causer une détérioration du mannequin.

Enfin, ce procédé est difficile à mettre en oeuvre de façon fiable et économique pour tester la résistance d'un équipement de protection à des munitions de calibre important, dans la mesure où le mannequin risque d'être détérioré par les tirs si les protections employées ne sont pas adaptées.

RESUME DE L'INVENTION Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes pour l'être humain qui pallie tout ou partie des inconvénients précités.

A cet égard, l'invention propose un procédé de conversion de mesures de déformation plastique dans un bloc de matériau à déformation plastique (PL) en des données cinématiques et énergétiques sur un mannequin (M) en vue de la conception d'équipements de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou les forces armées, comprenant les étapes suivantes : (a) prévoir un mannequin dont au moins une région est équipée de capteurs, un dispositif de protection étalon) étant placé sur ladite région, (b) effectuer des séries de tirs d'éléments perforants dans des conditions fixées sur ladite région du mannequin, (c) enregistrer des mesures cinématiques fournies à partir des capteurs (C) lors de ces séries de tirs, (d) prévoir un bloc de matériau à déformation plastique équipé d'un dispositif de protection identique à celui utilisé à l'étape (a), (e) effectuer des séries de tirs identiques à celles de l'étape (b) sur le bloc de matériau, (f) effectuer des mesures de déformations du bloc de matériau provoquées par les impacts de ces séries de tirs, (g) répéter les étapes (a) à (f) avec des dispositifs de protection étalons de caractéristiques différentes, et (h) à partir des mesures cinématiques fournies par les capteurs (C) et des mesures de déformations observées sur le bloc de matériau pour des tirs identiques et avec les différents dispositifs de protection étalons, élaborer des données de conversion. Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé de conversion selon l'invention sont les suivants : - chaque dispositif de protection comprend un nombre défini de feuilles de fibres balistiques ; - on contrôle l'un au moins des paramètres du groupe suivant du bloc de matériau à déformation plastique : température, masse, composition et dureté du bloc ; - le bloc de matériau à déformation plastique utilisé est un bloc de Plastiline®' - l'un au moins des paramètres de l'air ambiant parmi le groupe suivant est contrôlé : température de l'air, taux d'humidité dans l'air ; - au cours d'une série de tirs, plusieurs munitions de même calibre et de même masse sont tirées dans la région du mannequin équipée de capteurs ; - la région du mannequin sur laquelle on tire est l'une des régions du groupe suivant : la tête, le thorax, le bassin, le dos, le cou, le bas-ventre ; - on tire dans une pluralité de zones à risques ; - les zones à risque sont l'une au moins des zones suivantes : coeur, partie haute et/ou basse du poumon droit, partie haute et/ou basse du poumon gauche, sternum, côte haute, côte basse, pancréas, colonne vertébrale, rate, rein ; - au cours d'une série de tirs, on tire une fois dans chaque zone à risques ; - au cours d'une série de tirs, on tire dans les zones à risque dans un ordre déterminé. - on tire dans les mêmes zones de l'équipement de protection aux étapes (b) et (e) ; - au cours de l'étape (e), les zones de tirs sont identifiées au moyen d'un gabarit disposé sur l'équipement de protection ; - le mannequin est debout et maintenu par suspension au moment du tir, la suspension étant libérée immédiatement avant l'impact des tirs ; - les mesures cinématiques fournies par les capteurs comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une accélération longitudinale, une accélération verticale, une accélération transversale, la résultante d'un moment longitudinal, un moment vertical, un moment transversal, une déflexion de la surface du matériau, et dans lequel on peut en outre mesurer l'un au moins des éléments du groupe suivant : vitesse de la balle en sortie de tir, vitesse de la balle à l'arrivée sur le mannequin ou sur le bloc de matériau, vitesse de la balle à une distance prédéterminée du mannequin ou du bloc de matériau à déformation plastique le cas échéant ; - les mesures de déformation du matériau à déformation plastique comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une profondeur et un diamètre ; - les munitions sont de gros calibres, les équipements de protection utilisés comportant alors un blindage ; - on élabore des données de conversion spécifiques à un type de munition ; - on élabore des données de conversion spécifiques à une taille d'équipement de protection ; et - chaque série de tirs est réalisée à des distances différentes du mannequin et/ou du bloc à déformation plastique. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes pour l'être humain comprenant les étapes suivantes : prévoir un bloc de matériau à déformation plastique, équiper le bloc avec l'équipement de protection à tester, appliquer des éléments perforants selon une série d'énergies et de cinématiques déterminées sur l'équipement de protection, mesurer des dimensions de l'impact des éléments perforants dans le bloc de matériau à déformation plastique, et obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants, et convertir la série de mesures à l'aide des données de conversion obtenues par un procédé de conversion conforme à l'invention de manière à en déduire les paramètres mécaniques correspondants résultant de l'action des éléments perforants sur un mannequin.

Un aspect préféré mais non limitatif du procédé d'essai selon l'invention est qu'il comprend en outre une étape de détermination de risques traumatologiques à partir des données de conversion. Selon un dernier aspect, l'invention propose un procédé de conception d'un équipement de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou des forces armées contre l'action d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes, comprenant les étapes suivantes : réaliser le procédé d'essai d'un équipement de protection conforme à l'invention sur un prototype d'équipement de protection, déduire de l'étape précédente un degré de protection assuré par le prototype d'équipement de protection, en fonction des exigences requises concernant le degré de protection de l'équipement à concevoir, modifier des caractéristiques du prototype, et réitérer les étapes précédentes jusqu'à obtenir un degré de protection conforme aux exigences requises.

Un aspect préféré mais non limitatif du procédé de conception selon l'invention est qu'il comprend en outre une étape de détermination des risques traumatologiques associés au degré de protection du prototype ainsi conçu.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur 10 lesquelles : - la figure 1 représente les éléments nécessaires à la réalisation des étapes du procédé selon l'invention au cours desquelles on réalise des séries de mesures sur un mannequin équipé de capteurs, - la figure 2 représente les éléments nécessaires à la réalisation 15 d'une étape du procédé selon l'invention au cours de laquelle on réalise une série de mesures sur un bloc de matériau à déformation plastique. - La figure 3 représente les composantes mécaniques mesurées par les capteurs du mannequin, représentées à titre d'exemple sur le 20 plan du torse du mannequin. - La figure 4a représente un exemple d'un équipement de protection équipé d'une couche de blindage. - La figure 4b est une vue en coupe de l'équipement de la figure 4a. - La figure 5a représente un exemple d'équipement de protection de 25 type « stand-alone», et - La figure 5b est une vue en coupe de l'équipement de la figure 5a.

DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE FORME DE REALISATION PREFEREE On va maintenant décrire en détails un procédé permettant de 30 convertir des mesures de déformation plastique dans un bloc de matériau à déformation plastique PL en des données cinématiques et énergétiques sur un mannequin M en vue de la conception d'équipements de protection des personnes telles que des forces de l'ordre et/ou des forces armées. Ces données de conversion permettent alors de tester un équipement de protection sans recourir à un mannequin M, en recourant seulement à un bloc de matériau à déformation plastique PL, ce qui, entre autres avantages, réduit considérablement les coûts d'essai des équipements de protection tout en permettant d'accélérer les essais et la conception des équipements. Le mannequin M utilisé dans le procédé décrit ci-après est analogue à celui qui est utilisé dans le document FR 2 933 181 A. Il reproduit de préférence fidèlement les caractéristiques des êtres humains réels. En particulier, ce mannequin M reproduit les zones Z qui sont aujourd'hui considérées comme des zones à risque, c'est-à-dire des zones sensibles de l'être humain et dans lesquelles l'impact d'éléments perforants peut être létal. Ces zones sont notamment, pour la face avant, le thorax constitué des côtes et du sternum et contenant le coeur et les poumons. Concernant la face arrière, il s'agira notamment des côtes et de la colonne vertébrale ainsi que principalement du coeur et des poumons. Si l'on considère l'abdomen il s'agira notamment des zones du foie, de la rate, des reins et du pancréas. On notera cependant que le choix des zones à risque peut varier en fonction de la taille de l'équipement de protection E testé et du type de protection recherché. Un gril costal, comprenant notamment les côtes hautes et basses, et équipé de capteurs, est en outre également reproduit dans le mannequin M, afin de simuler un enfoncement ou une fracture de côte qui peut, selon les circonstances, entraîner des perforations des organes vitaux. En référence à la figure 1, une première étape du procédé consiste à mettre en place un mannequin M, dont au moins une région est équipée d'une série de capteurs C, ladite région étant également équipée d'un dispositif de protection E.

Ce dispositif de protection E est un premier équipement étalon choisi parmi un jeu de tels équipements comprenant chacun un empilement d'un nombre défini de feuilles de fibres balistiques F, représentées en figure 4b. Ces fibres balistiques F peuvent être tissées ou non tissées, et constituées de matériaux de différentes origines et/ou familles comme notamment des para-aramides, des polyéthylènes haute densité, des nanotubes de carbone ou tout autre matériau remplissant la même fonction. De préférence, pour s'approcher au mieux de la réalité, cet équipement étalon E présente les dimensions d'un plastron de gilet de protection. Différentes régions du mannequin M peuvent être équipées de tels capteurs C et d'équipements de protection étalons E, telles que la tête, le thorax, le bassin, le cou, le dos, le bas-ventre, etc. Pour chacune des régions susmentionnées, les capteurs C peuvent mesurer et relever différentes grandeurs, dont certaines sont représentées en figure 3.

Concernant la tête et le bassin, les capteurs peuvent mesurer une accélération longitudinale A,, une accélération verticale A,, une accélération transversale At et une résultante de l'accélération R des éléments perforants appliqués. Les capteurs disposés au niveau du thorax ou du dos mesurent notamment l'accélération longitudinale A,, l'accélération verticale A,, l'accélération transversale At, la résultante de l'accélération R des éléments perforants, ainsi que la déflexion, c'est-à-dire la déformation de la surface du matériau résultant des éléments perforants appliqués. Enfin les capteurs situés au niveau du cou mesurent notamment d'une part les efforts, longitudinaux, verticaux, et transversaux (non illustrés sur les figures), et d'autre part les moments longitudinaux M,, verticaux M' et transversaux Mt des éléments perforants appliqués. De retour à la figure 1, une étape suivante du procédé selon l'invention consiste à effectuer, sur la région du mannequin M équipée de capteurs C et du dispositif de protection étalon E, des séries de tirs avec des éléments perforants tels que des munitions B, létales ou non - des munitions non létales de type balles de défense, peuvent être par exemple en caoutchouc ou en plastique - chaque série de tirs étant réalisée dans des conditions particulières qui sont explicitées ci-après. Les séries de tirs sont préférablement réalisées sur un mannequin M assis ou debout. Afin que les mesures cinématiques prélevées par les capteurs C soient plus réalistes, il est préférable de maintenir le mannequin M en position debout et de le lâcher au moment du tir pour que, sous la puissance de tir, le mannequin M subisse des contraintes similaires et soit déplacé de la même manière qu'un être humain.

On peut par exemple fixer un casque relié par un fil à un point fixe sur la tête du mannequin M, que l'on libère au moment du tir pour lâcher le mannequin M. Avantageusement, la liaison entre le casque et le point fixe s'effectue au moyen d'un électroaimant que l'on peut sélectivement activer et désactiver avec réaction rapide par une commande électrique appropriée.

A l'issue de ces tirs, les capteurs C mesurent des grandeurs cinématiques parmi les grandeurs mentionnées ci-avant, ces mesures sont alors enregistrées. Si une série de tirs est réalisée sur le thorax du mannequin M, elle peut consister par exemple en une série de six tirs de munitions, chacune des munitions étant tirée dans six zones à risques de la cage thoracique à l'endroit défini du coeur, du poumon droit (haut et bas), du poumon gauche (haut et bas) et du sternum. Cette série peut éventuellement être répétée sur un nouvel équipement identique, pour que les tirs déjà effectués ne perturbent pas les nouvelles mesures.

Outre les étapes ci-avant, on met en place un bloc de matériau à déformation plastique PL, sur lequel on attache un dispositif de protection étalon E ayant les mêmes caractéristiques que celui sur lequel ont été effectuées les séries de tirs. Le bloc de matériau à déformation plastique PL peut par exemple être un bloc de Plastiline® PL de caractéristiques contrôlées, en particulier sa masse, sa température, sa dureté et sa composition. Ces caractéristiques peuvent être conformes à une norme d'un pays donné, les normes variant selon les pays, il n'existe en effet pas d'unique norme concernant la Plastiline®. Les blocs de Plastiline® PL conventionnellement utilisés pèsent en général 80kg et sont utilisés à une température de 20°C. Dans le cas où la région du mannequin M sur laquelle on a effectué les séries de tirs est le thorax, le bloc de matériau à déformation plastique PL peut en outre présenter une courbure similaire, et de préférence la plus proche possible, de la courbure naturelle d'un torse d'être humain Cela permet d'améliorer et de faciliter la qualité de la correspondance entre les mesures prises sur le mannequin M et les mesures prises sur le matériau à déformation plastique PL. Dans ce cas, on utilisera de préférence une Plastiline® Herbin Sueur 40, les autres blocs de Plastiline® étant généralement préformés dans un bac de forme cubique (comme par exemple la Plastiline® ROMA n°1). Afin de réaliser les essais, on attache de préférence au bloc de matériau à déformation plastique PL les parties correspondant au dos et au plastron du dispositif de protection étalon E afin d'enregistrer les résultats les plus proches possible de la réalité, le reste du dispositif n'étant pas nécessaire. En variante, dans le cas d'un bloc de Plastiline® PL ne présentant pas une courbure similaire à celle du torse, les essais sont réalisés de préférence en plaçant successivement le plastron et le dos de l'équipement de protection E sur le bloc de Plastiline® PL, par exemple grâce à des élastiques comme décrit dans la norme NIJ010106. En référence à la figure 2, on réalise ensuite sur cet ensemble une ou plusieurs séries de tirs identiques à celles réalisées sur le mannequin M (même zone de tir, même distance, etc.). Les éléments perforants utilisés laissent sur le bloc de matériau à déformation plastique PL des empreintes liées à leurs impacts. On mesure alors certaines caractéristiques de ces empreintes, notamment leur profondeur, conformément à la norme NIJ 0101.06, et leur diamètre (paramètre qui n'est pas indiqué dans la norme NIJ 0101.06), ce qui permet d'obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants sur le bloc de matériau à déformation plastique PL. Une étape suivante du procédé selon l'invention consiste alors à confronter les séries de mesures de déformations dans le bloc de matériau à déformation plastique PL, aux données cinématiques et énergétiques obtenues avec le mannequin M respectivement pour les différentes protections étalon E, pour en déduire des données de conversion, grâce à une correspondance entre ces deux types de séries de mesures. Chaque série de tirs est réalisée avec un grand nombre de paramètres constants et soigneusement contrôlés afin que les données de conversion soient les plus fiables et les plus précises possibles.

Des paramètres tels que la température et le taux d'humidité dans l'air ambiant sont de préférence contrôlés lors des essais. En outre, pour une confrontation donnée entre deux séries de tirs équivalentes, les séries de tirs sont réalisées avec certains paramètres constants tels que : le type de la munition (à savoir son calibre, sa nature, sa charge (poids, forme, composition, etc.), sa vitesse de tir), la zone Z du mannequin M sur laquelle le tir a été effectué, la distance de tir par rapport au mannequin M et au bloc de matériau à déformation plastique PL. Par ailleurs, la série de tirs comprend préférablement un tir de munition par zone Z (avantageusement par zone à risque), dans un ordre déterminé. De préférence, les tirs sont d'une part effectués aux mêmes endroits de l'équipement du matériau à déformation plastique PL et du mannequin M, et d'autre part dans le même ordre. Cela permet de pouvoir transposer exactement les résultats obtenus sur le mannequin M et ceux obtenus sur le bloc de matériau à déformation plastique PL.

Typiquement, si l'étape de tirs sur le thorax du mannequin M consiste à tirer une munition dans un équipement étalon au niveau de chaque zone à risque Z ( par exemple pour la cage thoracique : coeur, poumon gauche - parties haute et basse, poumon droit - parties haute et basse, sternum), alors au moment d'effectuer la série de tirs analogue dans le bloc de matériau à déformation plastique PL, les six tirs doivent être réalisés exactement aux mêmes endroits du plastron de l'équipement étalon, correspondants auxdites zones à risques Z. Afin de garantir que les zones Z dans lesquelles sont réalisés les tirs correspondent bien aux zones à risques Z du mannequin M, on peut par exemple s'aider d'un gabarit G, sur lequel figurent les emplacements exacts desdites zones Z. Ce gabarit G peut être placé par exemple sur l'équipement de protection étalon E avant les tirs sur le mannequin M, puis récupéré) pour être placé sur l'équipement de protection étalon E pour repérer précisément les zones correspondantes dans lesquelles tirer sur le bloc PL. En variante, le gabarit n'est pas récupéré mais remplacé par un gabarit identique sur lequel on aura préalablement repéré les impacts de munitions tirées sur le mannequin M. Bien sûr, la taille de l'équipement de protection E (et donc du plastron) est très importante aussi pour la fiabilité des mesures, puisque sur un équipement de protection de petite taille, un organe vital comme le coeur se trouve plus près d'un bord de l'équipement et s'en trouve donc moins bien protégé puisqu'il comporte moins de surface balistique qu'un équipement de plus grande taille.

Par conséquent, les tests sur mannequin M ou sur matériau à déformation plastique PL sont aussi réalisés sur des équipements de protection E de même taille pour l'établissement d'un jeu de données de conversion. Il faut alors réaliser des séries de tirs différentes pour des tailles d'équipements de protection E différents, par exemple pour tester des équipements pour homme ou pour femme, de tailles S, M, L, XL ou XXL.

En outre, dans les essais sur le mannequin M comme dans les essais sur le bloc à déformation plastique PL, les tests sont réalisés ici conformément à la norme américaine NIJ 0101.06. Ainsi, au cours d'une série de tirs, chaque impact de munition doit se trouver à une distance minimum (typiquement 7.6 cm) des bords du plastron de l'équipement de protection E, et à une distance minimum (typiquement de 5.1 cm) respectivement d'un autre impact de munition, pour éviter tout effet de bord. Le choix des munitions est également très important. Comme on l'a dit, chaque série de tirs est réalisée avec des munitions de calibre, de masse, de charge, de nature, de forme, de composition, et de vitesse constants, qui sont de préférence conformes aux types de munitions mentionnés dans la norme américaine NIJ 0101.06. La masse d'une munition comprend, en plus de la masse de la balle tirée, la masse de la poudre, ce qui influe directement sur la vitesse de la balle tirée. Cela signifie qu'une masse donnée de munition correspond à une vitesse donnée de balle en sortie de l'arme, et qu'en augmentant la quantité de poudre dans une munition on peut conférer à la balle tirée une vitesse, et donc une énergie cinétique, bien plus importantes.

D'une façon générale, la norme précitée impose l'utilisation de munitions dont les caractéristiques sont parfaitement définies et peuvent se résumer en vitesse et en nature. S'il est nécessaire de tester l'équipement de protection E pour une munition non décrite dans la norme, il faut alors mesurer sa vitesse et définir son poids, et réaliser l'ensemble des tirs sur le bloc de matériau à déformation plastique PL et sur le mannequin avec cette munition. Or, à masse fixe, de nombreux paramètres peuvent faire varier la vitesse de la munition en sortie du canon, par exemple l'état de raffut de l'arme, les frottements, la nature de la munition etc.

Pour pallier cet inconvénient, la norme américaine NIJ 0101.06 impose par exemple une vitesse de munition précise, avec une tolérance de plus ou moins 9.1 m/s. Par conséquent, lors des tests, chaque munition tirée pouvant avoir une vitesse différente de la précédente (mais toujours comprise dans la tolérance autorisée par la norme), on peut réaliser chaque série de tests plusieurs fois, par exemple une dizaine de fois, afin d'avoir un échantillon statistique représentatif permettant de réaliser les corrélations les plus précises possibles.

Ceci permet également de détecter immédiatement un résultat aberrant au moment de l'utilisation de ces données de corrélation. Lors de l'étape consistant à tirer sur le mannequin M, comme lors de l'étape consistant à tirer sur le bloc de matériau à déformation plastique PL, on mesure donc en outre au moins l'une des vitesses parmi le groupe suivant : vitesse de la munition en sortie de tir (c'est-à-dire en sortie du canon de l'arme utilisée), vitesse de la munition à l'arrivée sur le mannequin M et sur le bloc de matériau PL, vitesse de la munition avant l'impact, par exemple à une distance prédéterminée du mannequin M ou du bloc de matériau PL le cas échéant (typiquement à 2.50m).

Pour des équipements de protection traditionnels uniquement constitués de fibres balistiques, les munitions utilisées appartiennent aux classes IIA à IIIA de la norme américaine NIJ 0101.06, ce qui correspond à des calibres faibles à forts (armes de poing), par exemple du 40S&W FMJ au 44Magnum SJHP.

Pour des munitions de calibres plus importants, par exemple des munitions entrant dans la classe III ou IV, les équipements de protection étalons utilisés sont équipés d'un blindage supplémentaire, afin d'arrêter les munitions. En effet, seule la présence d'un tel blindage permet l'arrêt de calibres d'une telle nature.

Le blindage est constitué d'une plaque de blindage BL, par exemple en céramique de type carbure de bore, de silicium, d'alumine, ou en polyéthylène haute densité, cette plaque de blindage BL étant placée sur le devant de l'équipement de protection, par exemple le plastron, à l'intérieur d'une poche P prévue à cet effet, comme illustré en figures 4a et 4b. Avec ces équipements on réalise des essais avec des munitions telles que définies par exemple dans la norme NIJ0101.06 de niveau III et IV, correspondant à de gros calibres, conformément aux étapes décrites précédemment pour les classes IIA, II, IIIA (petits à forts calibres), et obtenir également des données de corrélation pour ces calibres. Il est également possible de réaliser pour ces équipements des essais avec certaines munitions différentes de celles qui sont indiquées dans la norme, comme par exemple des munitions de calibre 12 BRENNEKE. Il existe aussi des plaques adaptées pour être enfilées directement (sans autre équipement de protection) et pouvant être retenues par un harnais (plaques stand-alone en langage anglo-saxon), un exemple d'une telle plaque étant représenté en figures 5a et 5b. Il s'agit de plaques de blindage analogues aux précédentes, mais intégrant également une couche d'amortissement A (par exemple constituée de mousse, aramide ou tout autre matériau susceptible de constituer un amortisseur efficace) sur l'arrière du blindage adaptée pour assurer l'amortissement des balles.

Ces plaques permettent également d'assurer une protection vis-à-vis des munitions appartenant aux classes III ou IV. Cependant, en cas d'impact de munition, la réaction d'une telle plaque est différente de la réaction d'un équipement de protection comprenant une plaque de blindage traditionnelle. En effet, les plaques stand-alone n'étant attachées que par des harnais, elles sont beaucoup plus mobiles et moins stabilisées que des équipements de protection contenant une plaque de blindage. En conséquence, le procédé selon l'invention prévoit également de réaliser des séries de tests sur de telles plaques pour obtenir des données de conversion spécifiques à celles-ci.

A partir des données de conversion obtenues grâce au procédé selon l'invention, et puisque les tests réalisés sur le mannequin M permettent de déduire certaines informations traumatologiques, il est également possible d'établir une corrélation entre les impacts des éléments perforants sur le bloc de matériau à déformation plastique PL et les risques traumatologiques occasionnés par lesdits éléments perforants.

En particulier, compte tenu des caractéristiques structurelles du mannequin M évoquées ci-avant, il est possible de déterminer, pour des tirs réalisés au niveau du thorax, des risques d'enfoncement ou de fractures de côtes, ou des risques de perforations d'organes, à partir de données issues de l'expérience et associant la traumatologie à des valeurs notamment d'accélération, de force et de moment. Dans tous les cas, il est possible d'évaluer avec ces mesures la probabilité qu'a un être humain touché par une munition donnée, avec un équipement de protection donné, d'être en mesure de riposter ou non. Ces corrélations peuvent par exemple, mais de manière non limitative, prendre la forme d'abaques ou de tableaux de valeurs stockés dans la mémoire d'un calculateur. Un logiciel de conversion automatique peut par ailleurs être développé à partir de ces corrélations. Ces corrélations sont spécifiques à l'ensemble des paramètres choisis au moment des séries de tirs, c'est-à-dire à calibre fixé, masse de munition fixée, distance de tir fixée, zone de tir fixée, vitesse de tir fixée, etc. On répète les étapes susmentionnées avec des dispositifs de protection étalons E de différentes tailles parmi le groupe S, M, L, XL ou XXL, pour homme ou pour femme, ou comportant par exemple un nombre différent de feuilles de fibres balistiques, à titre d'exemple non limitatif, conformément au tableau ci-dessous : Nombre de Calibre Poids Vitesse Vitesse Vitesse feuilles en sortie à 2.50m à de de la l'impact canon cible 8 12 16 20 1 24 1 On peut également enrichir les données de conversion en répétant les étapes susmentionnées en faisant varier chacun des différents paramètres fixés à chaque série de tirs, c'est-à-dire le calibre des munitions, la distance de tir, la masse des munitions et la vitesse de tir des munitions, ces deux derniers paramètres étant modifiés de manière corrélée pour faire varier l'énergie cinétique de la munition en sortie de l'arme, cette énergie étant définie par la formule Ec = I mV2, avec Ec l'énergie cinétique de la munition, m la masse de la munition et V la vitesse de tir de la munition. Une fois cette correspondance établie, il est ensuite possible de réaliser un procédé d'essai d'un équipement de protection développé par un industriel. Pour ce faire, l'industriel confie à un laboratoire de tir agréé l'équipement de protection à tester. Le laboratoire d'essais, qui peut se procurer facilement un bloc de matériau à déformation plastique PL de type Plastiline®, peut mettre en place un tel bloc, et l'équiper de l'équipement de protection à tester. Puis, il applique sur cet ensemble une série de tirs selon des conditions déterminées (distance, zones Z correspondant aux zones du mannequin (le cas échéant à l'aide du gabarit G), etc.), et avec un type de munition présentant un intérêt pour l'industriel et correspondant au type d'équipement testé. Les déformations du bloc de matériau à déformation plastique PL (profondeur et diamètre) sont ensuite mesurées et confrontées aux données de conversion obtenues au cours du procédé décrit ci-avant.

Grâce à l'exploitation des données de conversion, on déduit les grandeurs cinématiques correspondantes résultant de l'application de la même série de tirs sur un mannequin M. Avantageusement, on peut également en déduire, grâce à l'interprétation préalable de ces grandeurs cinématiques en termes de traumatologie ou de probabilité de riposter, un degré de protection de l'équipement de protection testé. Si les munitions utilisées ne correspondent par à des munitions pour lesquelles on a déterminé les données de conversion, il est possible de déduire par extrapolation des données de conversion préétablies, les résultats correspondant à ces munitions. Ceci permet donc, en ne réalisant des tests que sur un bloc de matériau à déformation plastique PL, de pouvoir déduire grâce à la corrélation mentionnée précédemment les résultats équivalents qui auraient été obtenus en réalisant les tests sur un mannequin M.

Ce dernier aspect de l'invention permet à l'industriel, à l'acheteur public, ou à tout autre responsable du secteur de mesurer à moindre coût en termes de traumatologie l'efficacité de la protection d'un équipement de protection donné.

En outre, puisque le présent procédé d'essai d'un équipement de protection permet d'évaluer certains risques traumatologiques, cela permet de faciliter l'orientation des recherches pour l'amélioration des équipements de protection. Enfin, si le degré de protection évalué pour un équipement de protection testé grâce au procédé d'essai décrit ci-avant n'est pas conforme au niveau requis par une norme donnée ou un donneur d'ordre (acheteur public, programme, etc.), l'équipement de protection peut être modifié ou, s'il s'agit d'un prototype, sa conception peut être complétée avant d'être réessayé selon le même procédé.

Ainsi, on peut itérer le procédé d'essai d'un prototype autant de fois que nécessaire pour obtenir un équipement de protection présentant un degré de protection conforme aux exigences. Avantageusement, on peut effectuer une étape supplémentaire de 5 détermination des risques traumatologiques associés au degré de protection de l'équipement de protection ainsi conçu. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications.

Claims (25)

1. REVENDICATIONS, 1. Procédé de conversion de mesures de déformation plastique dans un bloc de matériau à déformation plastique (PL) en des données cinématiques et énergétiques sur un mannequin (M) en vue de la conception d'équipements de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou les forces armées, comprenant les étapes suivantes : (a) prévoir un mannequin (M) dont au moins une région est équipée 10 de capteurs (C), un dispositif de protection étalon (E) étant placé sur ladite région, (b) effectuer des séries de tirs d'éléments perforants dans des conditions fixées sur ladite région du mannequin (M), (c) enregistrer des mesures cinématiques fournies à partir des 15 capteurs (C) lors de ces séries de tirs, (d) prévoir un bloc de matériau à déformation plastique (PL) équipé d'un dispositif de protection (E) identique à celui utilisé à l'étape (a), (e) effectuer des séries de tirs identiques à celles de l'étape (b) sur le bloc de matériau, 20 (f) effectuer des mesures de déformations du bloc de matériau provoquées par les impacts de ces séries de tirs, (g) répéter les étapes (a) à (f) avec des dispositifs de protection étalons (E) de caractéristiques différentes, et (h) à partir des mesures cinématiques fournies par les capteurs (C) et 25 des mesures de déformations observées sur le bloc de matériau pour des tirs identiques et avec les différents dispositifs de protection étalons (E), élaborer des données de conversion.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel chaque dispositif 30 de protection (E) comprend un nombre défini de feuilles de fibres balistiques (F).
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on contrôle l'un au moins des paramètres du groupe suivant du bloc de matériau à déformation plastique (PL): température, masse, composition et dureté du bloc
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le bloc de matériau à déformation plastique (PL) est un bloc de Plastiline®(PL).
5. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'un au moins des paramètres de l'air ambiant parmi le groupe suivant est contrôlé : température de l'air, taux d'humidité dans l'air.
6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, au cours d'une série de tirs, plusieurs munitions (B) de même calibre et de même masse sont tirées dans la région du mannequin (M) équipée de capteurs (C).
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la 20 région du mannequin (M) est l'une des régions du groupe suivant : la tête, le thorax, le bassin, le dos, le cou, le bas-ventre.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la région du mannequin (M) équipée de capteurs (C) est le thorax, et le bloc de matériau 25 à déformation plastique présente une courbure analogue à celle d'un thorax humain.
9. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on tire dans une pluralité de zones à risques (Z). 30
10. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les zones à risque (Z) sont l'une au moins des zones suivantes : coeur, partie haute et/ou basse du poumon droit, partie haute et/ou basse du poumon gauche, sternum, côte haute, côte basse, pancréas, colonne vertébrale, rate, rein.
11. 11. Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, dans lequel, au cours d'une série de tirs, on tire une fois dans chaque zone à risques (Z).
12. 12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel, au 10 cours d'une série de tirs, on tire dans les zones à risque (Z) dans un ordre déterminé.
13. 13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel on tire dans les mêmes zones (Z) de l'équipement de protection aux étapes (b) 15 et (e).
14. 14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel, au cours de l'étape (e), les zones (Z) sont identifiées au moyen d'un gabarit (G) disposé sur l'équipement de protection.
15. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le mannequin (M) est debout et maintenu par suspension au moment du tir, la suspension étant libérée immédiatement avant l'impact des tirs. 25
16. 16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel les mesures cinématiques fournies par les capteurs comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une accélération longitudinale, une accélération verticale, une accélération transversale, la résultante d'un moment longitudinal, un moment vertical, un moment transversal, une 30 déflexion de la surface du matériau, et dans lequel on peut en outre mesurer l'un au moins des éléments du groupe suivant : vitesse de la balle en sortie 20de tir, vitesse de la balle à l'arrivée sur le mannequin (M) ou sur le bloc de matériau (PL), vitesse de la balle à une distance prédéterminée du mannequin (M) ou du bloc de matériau à déformation plastique (PL) le cas échéant.
17. 17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel les mesures de déformation du matériau à déformation plastique (PL) comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une profondeur et un diamètre. 10
18. 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel les munitions (B) sont de gros calibres, les équipements de protection utilisés comportant alors un blindage (BL). 15
19. 19. Procédé l'une des revendications 1 à 18, dans lequel on élabore des données de conversion spécifiques à un type de munition.
20. 20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel on élabore des données de conversion spécifiques à une taille d'équipement de 20 protection.
21. 21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel chaque série de tirs est réalisée à des distances différentes du mannequin (M) et/ou du bloc à déformation plastique (PL). 25
22. 22. Procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes pour l'être humain comprenant les étapes suivantes : - prévoir un bloc de matériau à déformation plastique (PL), 30 - équiper le bloc avec l'équipement de protection (E) à tester,5appliquer des éléments perforants selon une série d'énergies et de cinématiques déterminées sur l'équipement de protection (E), mesurer des dimensions de l'impact des éléments perforants dans le bloc de matériau à déformation plastique (PL), et obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants, et - convertir la série de mesures à l'aide des données de conversion obtenues par le procédé de l'une des revendications 1 à 20 de manière à en déduire les paramètres mécaniques correspondants résultant de l'action des éléments perforants sur un mannequin (M).
23. 23. Procédé d'essai selon la revendication 22, comprenant en outre une étape de détermination de risques traumatologiques à partir des données de conversion.
24. 24. Procédé de conception d'un équipement de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou des forces armées contre l'action d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes, comprenant les étapes suivantes : - réaliser le procédé d'essai d'un équipement de protection selon l'une des revendications 22 ou 23 sur un prototype d'équipement de protection, - déduire de l'étape précédente un degré de protection assuré par le prototype d'équipement de protection, - en fonction des exigences requises concernant le degré de 25 protection de l'équipement à concevoir, modifier des caractéristiques du prototype, - réitérer les étapes précédentes jusqu'à obtenir un degré de protection conforme aux exigences requises.
25. 25. Procédé de conception selon la revendication 24, comprenant en outre une étape de détermination des risques traumatologiques associés au degré de protection du prototype ainsi conçu.