FR3123119A1 - Capteur-membre anthropomorphique dédié à la mesure biomécanique d’un membre soumis à une sollicitation dynamique, et réseau de capteurs correspondant - Google Patents

Abstract

TITRE : Capteur-membre anthropomorphique dédié à la mesure biomécanique d’un membre soumis à une sollicitation dynamique, et réseau de capteurs correspondant Il est proposé un capteur-membre anthropomorphique (CM) destiné à reproduire le comportement d’un membre soumis à une sollicitation dynamique et à réaliser une mesure biomécanique de cette sollicitation dynamique. Un tel capteur-membre comprend une portion inférieure (1) représentative d’une partie inférieure du membre, une portion supérieure (2) représentative d’une partie supérieure du membre et une portion centrale de mesure (3), reliées solidairement entre elles le long d’un axe longitudinal de manière à former une structure monobloc représentative du membre et dont la portion inférieure est destinée à recevoir la sollicitation dynamique. La portion centrale de mesure est configurée pour être sensible à l’action d’une grandeur physique s’exerçant à travers la structure monobloc le long de l’axe longitudinal lorsque le capteur-membre est soumis à la sollicitation dynamique. FIGURE 1

Description

Capteur-membre anthropomorphique dédié à la mesure biomécanique d’un membre soumis à une sollicitation dynamique, et réseau de capteurs correspondant

L’invention se rapporte au domaine de la mesure biomécanique du corps humain.

Plus particulièrement, l’invention porte sur un nouveau type de dispositif anthropomorphique instrumenté, dit capteur-membre, destiné à reproduire artificiellement le comportement biomécanique d’un membre humain dans une situation de sollicitations dynamiques (comme celle survenant par exemple lors d’une explosion, d’une détonation, d’un choc ou d’une collision) et à mesurer les effets directs ou indirects de ces sollicitations dynamiques sur le membre sollicité.

L’invention a de nombreuses applications, telles que par exemple, mais non exclusivement, dans le domaine de la recherche en accidentologie militaire où un tel capteur-membre peut être utilisé pour prédire les blessures qu’un opérateur pourrait subir au sein d’un véhicule militaire terrestre lorsque ce véhicule rencontre un engin explosif. L’invention peut également s’appliquer à des fins d’établissement de répliques numériques de tous membres humains (inférieurs ou supérieurs notamment) dans différentes situations données (par exemple dans une situation militaire ou encore dans une situation civile comme l’étude de systèmes pied-chaussure de sport ou de membres inférieurs lors d’un crash de véhicules).

Art antérieur

On s’attache plus particulièrement dans la suite de ce document à décrire la problématique existante dans le domaine de la recherche en accidentologie militaire, à laquelle ont été confrontés les inventeurs de la présente demande de brevet. L’invention ne se limite bien sûr pas à ce domaine particulier d’application, mais présente un intérêt pour tout dispositif anthropomorphique de mesure biomécanique devant faire face à une problématique proche ou similaire.

Dans le cas de conflits armés, les véhicules militaires terrestres sont menacés par des engins explosifs, tels que les engins explosifs improvisés les (également désignés EEI ou EID pour « Improvised Explosive Device » en anglais) par exemple, conçus pour causer des dommages à ces véhicules ainsi qu’à ses occupants, du fait notamment du souffle provoqué par la détonation de ces engins explosifs ainsi que l’impact des fragments projetés de sol dans lequel ces engins explosifs sont enterrés.

Bien que les opérateurs soient protégés par un système de sièges suspendus, leurs pieds en contact avec le plancher du véhicule sont ainsi soumis aux sollicitations dynamiques.

Il apparaît important de bien connaître et comprendre le comportement du corps humain, en particulier des membres inférieurs, soumis à de telles sollicitations dynamiques afin de fournir par exemple aux concepteurs d’outils prédictifs de lésions, toutes les données nécessaires à l’évaluation et à l’optimisation de systèmes de protection militaires.

Les études expérimentales menées depuis des décennies en biomécanique du choc permettent de mieux appréhender les phénomènes physiques et traumatismes corporels corollaires intervenant dans les conflits armés. Ces études expérimentales s’appuient sur des essais dits « de sollicitation dynamique » ou « de choc » consistant à provoquer volontairement une explosion ou une détonation sous un véhicule blindé dans lequel des corps donnés à la science, voire des cadavres d’animaux, ou des mannequins équipés de capteurs de mesure ont été placés en conditions réelles de terrain. Des données de mesure issues des capteurs sont récoltées à des fins d’étude du comportement et des effets des chocs subis par les corps au cours de l’explosion ainsi qu’à la constitution de répliques numériques (ou « jumeaux numériques ») utilisé(e)s notamment pour la certification numérique des systèmes de protection ou de surprotection. L’utilisation de corps humains ou de membres humains fournit des résultats qui soulèvent des problématiques d’ordre éthique et rendent les conditions d’expérimentation généralement peu propices à l’établissement de « jumeaux numériques ».

Il existe donc un réel besoin de proposer une nouvelle solution qui soit non seulement éthique, mais qui permette d’obtenir des mesures spécifiques du comportement biomécanique d’un membre humain en réponse à une sollicitation dynamique.

Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, il est proposé un capteur-membre anthropomorphique destiné à reproduire le comportement d’un membre soumis à une sollicitation dynamique et à réaliser une mesure biomécanique de cette sollicitation dynamique. Un tel capteur-membre est caractérisé en ce qu’il comprend une portion inférieure représentative d’une partie inférieure du membre, une portion supérieure représentative d’une partie supérieure du membre et une portion centrale de mesure disposée entre lesdites portions inférieure et supérieure, lesdites portions inférieure, supérieure et centrale étant reliées solidairement entre elles le long d’un axe longitudinal et ayant une forme générale de manière à former une structure monobloc représentative dudit membre et dont la portion inférieure est destinée à recevoir ladite sollicitation dynamique, ladite portion centrale de mesure étant configurée pour être sensible à l’action d’une grandeur physique s’exerçant à travers la structure monobloc le long de l’axe longitudinal lorsque le capteur-membre est soumis à ladite sollicitation dynamique.

Ainsi, la présente invention repose sur une solution alternative pour reproduire artificiellement et évaluer le comportement biomécanique d’un membre humain dans une situation de sollicitations dynamiques, sans avoir recours à des corps donnés à la science. L’invention repose donc sur une approche éthique et pratique pour réaliser des tests expérimentaux de choc sur des différents types de membres de corps humain.

Selon un aspect particulier de l’invention, la portion centrale de mesure comprend un corps d’épreuve qui est élastiquement déformable sous l’action de la grandeur physique et un réseau d’au moins un élément sensible à la déformation dudit corps, de façon à former un capteur de déformation.

Ainsi, le dispositif selon l’invention possède non seulement toutes les caractéristiques endomorphes nécessaires à la reproduction fidèle du comportement biomécanique d’un membre du corps humain mais comprend également, au sein même de sa structure, toute l’instrumentation nécessaire à la mesure d’une grandeur physique induite par la sollicitation dynamique. Le corps d’épreuve est élastiquement déformable le long de l’axe longitudinal pour pouvoir supporter les efforts engendrés sous l’action de la sollicitation dynamique au sein de la structure monobloc sans se déformer de manière irréversible (déformation plastique). Le corps d’épreuve est constitué d’un matériau ayant un module d’Young et présente une paroi d’épaisseur suffisamment mince pour produire une grandeur mesurable par le réseau d’éléments sensibles sous l’action de la sollicitation dynamique.

Selon une caractéristique avantageuse, le capteur-membre est tel que le réseau comprend une pluralité d’éléments sensibles uniformément répartis sur la surface externe du corps d’épreuve. De cette manière, on obtient une surface de captation d’effort uniforme.

De manière générale, les éléments sensibles sont répartis en fonction de la nature et la direction des efforts susceptibles d’être induits dans la structure sous l’action de la sollicitation dynamique.

Selon un aspect particulier, le corps d’épreuve et lesdites portions inférieure et supérieure sont constitués d’un matériau identique. Ceci permet d’offrir un capteur-membre de mise en œuvre simple et peu coûteux.

Selon une variante, le corps d’épreuve et lesdites portions inférieure et supérieure sont constitués de matériaux différents.

Selon une caractéristique particulière, le capteur-membre comprend en outre une masselotte de réglage, et dans lequel la structure monobloc présente un évidement orienté le long de l’axe longitudinal configuré pour loger ladite masselotte le long de l’axe longitudinal.

Une telle masselotte permet de rétablir, le cas échéant, un équilibrage en masse volumique des différentes portions du capteur-membre en fonction des besoins.

Selon un aspect particulier, ladite masselotte de réglage est suspendue à une vis de fixation fixée solidairement à l’intérieur de la portion supérieure.

Selon un autre aspect particulier, ladite masselotte au moins un anneau élastomère disposé sur la surface circonférentielle de ladite masselotte de réglage de manière à ce que ledit au moins anneau élastomère est en contact avec la surface circonférentielle interne de la structure monobloc.

Grâce à ces caractéristiques, la grandeur physique induite dans la portion centrale de mesure n’est pas perturbée par la présence de la masselotte d’équilibrage.

Selon une caractéristique particulière, la masselotte d’équilibrage présente une masse volumique supérieure à la masse volumique de chacune desdites portions centrale, inférieure et supérieure.

Selon une caractéristique particulièrement intéressante, ledit membre étant défini par une pluralité de paramètres physiologiques, la structure monobloc est définie par une pluralité de paramètres anthropomorphiques tenant compte des paramètres physiologiques dudit membre. Par ailleurs, au moins un paramètre anthropomorphique de ladite pluralité tient compte en outre d’un facteur d’échelle prédéfini. Par ailleurs, au moins un paramètre anthropomorphique de ladite pluralité tient compte en outre d’un paramètre de mesure.

En conditionnant ainsi les caractéristiques structurelles du capteur-membre à des paramètres prédéfinis représentatifs des caractéristiques physiologiques réelles dudit membre, on rend le capteur-membre biofidèle audit membre à un facteur près. De plus, la prise en compte de tels paramètres anthropomorphiques permet la mise en œuvre d’un capteur-membre adapté à tout type de situation.

Dans un autre mode de réalisation particulier de l’invention, il est proposé un réseau de capteurs caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de capteur-membres chacun défini selon les caractéristiques précitées dans l’un quelconque de ses modes de réalisation).

Figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d’un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :

est un schéma de principe d’un capteur-membre selon un mode de réalisation particulier de l’invention ;

est un schéma de principe d’une masselotte de réglage destinée à équiper le capteur-membre de la ;

illustre un exemple, en coupe partielle, d’un capteur-membre logeant une masselotte de réglage selon l’invention ;

est une vue en coupe du capteur-membre illustré la ;

est une vue en coupe de la masselotte de réglage illustrée à la .

Description détaillée de l’invention

Sur les figures du présent document, les éléments identiques sont désignés par une même référence numérique.

Le principe de l’invention repose sur un nouveau type de capteur de type anthropomorphique utilisé pour la mesure biomécanique d’un membre du corps humain soumis à une sollicitation dynamique.

On s’attache plus particulièrement dans la suite de ce document à décrire l’invention dans le cadre de l’étude de la traumatologie des membres inférieurs de soldats pour la recherche en sécurité militaire. En effet, les véhicules militaires blindés sont régulièrement soumis à des explosions lors des conflits armés et les dommages corporels des membres inférieurs, non protégés par les sièges suspendus car en appui sur le sol du véhicule, des soldats occupant ces véhicules sont malheureusement très fréquents dans ce genre de situation et méritent d’être mieux appréhender.

L’invention ne se limite bien sûr pas à ce domaine particulier d’application, ni à l’étude d’un tel membre en particulier, mais s’inscrit dans toute application ayant pour objet une mesure du comportement biomécanique d’un membre (notamment un membre supérieur constitué des ensembles bras, poignée et main) constitutif du corps humain (pouvant comprendre ou non des articulations) soumis à une sollicitation dynamique. En particulier, l’invention peut être appliquée dans des domaines civils, notamment pour des essais sur des chaussures de sport ou bien de crash de véhicules civils. Elle peut s’appliquer également, mais non exclusivement, à un membre supérieur pour l’étude de sollicitations dynamiques engendrées sur les membres supérieurs lors de l’utilisation d’outils mécaniques (de type « marteau-piqueur » par exemple).

On présente, en relation avec lesfigures 1et4, le principe d’un capteur-membre CM selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Ce capteur-membre CM est ici utilisé à la fois pour reproduire et évaluer le comportement biomécanique d’un membre inférieur soumis à une sollicitation dynamique extérieure (représentée schématiquement par la flèche SD). Le membre inférieur étudié ici est le membre inférieur d’un homme dont les caractéristiques morphologiques normalisées sont celles d’un homme du type caucasien (typiquement une jambe de 4,6 kg et un ensemble chaussure-pied-cheville de 2,1 kg). Le membre inférieur étudié est constitué des sous-membres suivants : une jambe (région située entre le genou et la cheville), une cheville (région située entre la jambe et le pied), un pied (région inférieure à la cheville). Par ailleurs, le membre est associé, pour chaque sous-membre, à un certain nombre de paramètres physiologiques prédéfinis, dit « réels », tels que par exemple la taille et la masse volumique dudit sous-membre, pour n’en citer que deux.

L’invention s’inscrit ici, à titre d’exemple, dans le cadre d’un test de choc visant à reproduire expérimentalement une explosion provoquée par un engin explosif enterré sur un véhicule militaire blindé transportant une troupe de soldats. Le test vise à obtenir plus particulièrement des mesures représentatives du comportement biomécanique d’un membre inférieur d’un soldat occupant le véhicule militaire en vue d’étudier les phénomènes biomécaniques et les traumatologies mis en jeu lors d’une telle situation. Dans ce cadre particulier, la sollicitation dynamique est représentative de l’impact des fragments de sol projetés par l’explosion et de l’onde de choc résultant de l’explosion sur la partie inférieure du véhicule militaire et transmise aux membres inférieurs du soldat.

Le capteur-membre CM illustré sur la comprend :

- une portion inférieure 1, de forme générale tubulaire, représentative d’une partie inférieure du membre, à savoir la cheville, le pied et la chaussure du soldat ;

- une portion supérieure 2, de forme générale tubulaire, représentative d’une partie supérieure du membre, à savoir la jambe du soldat ;

- une portion centrale de mesure 3, de forme générale tubulaire, disposée entre les portions inférieure et supérieure 1 et 2.

La base inférieure de la portion centrale 3 est solidarisée avec la base supérieure de la portion inférieure 1. La base supérieure de la portion centrale 3 est solidarisée avec la base inférieure de la portion supérieure 2. Le diamètre extérieur de la portion inférieur 1 est supérieur au diamètre extérieur de la portion supérieure 2, qui elle-même présente un diamètre extérieur supérieur à la portion centrale 3. La portion inférieure 1 du capteur-membre est destinée à recevoir la sollicitation dynamique SD au niveau de sa base inférieure comme illustré sur la . L’axe longitudinal X est représentatif de l’axe longitudinal biomécanique du membre inférieur étudié.

Les portions 1, 2 et 3 du capteur-membre CM sont donc reliées solidairement entre elles le long de l’axe longitudinal X de manière à former une structure monobloc de forme générale allongée le long de l’axe X, apte à reproduire les caractéristiques physiologiques du membre inférieur d’un soldat muni d’une chaussure. Pour remplir cette fonction, la structure monobloc est définie par un jeu de paramètres anthropomorphiques représentatifs des caractéristiques physiologiques réelles du membre étudié (dont le principe est discuté plus loin en fin de description).

Cette structure monobloc est obtenue par exemple par moulage à partir d’un alliage métallique à base de fer et de carbone, tel qu’un acier allié présentant une bonne sensibilité aux ondes de choc, une bonne robustesse autorisant la réutilisation du capteur-membre CM et une bonne répétabilité afin de pouvoir les utiliser en nombre.

Afin de reproduire fidèlement les caractéristiques physiologiques du membre inférieur lorsque celui-ci est muni d’une chaussure, la partie inférieure de la portion inférieure 1 peut-être réalisée à partir - ou recouverte - d’un matériau alvéolaire de type mousse polymère, en polyuréthane ou polystyrène expansé par exemple (non illustré sur les figures). Ce type de matériau permet en effet de bien simuler les caractéristiques mécaniques d’une chaussure, par exemple, de type « rangers ».

Par ailleurs, la portion centrale 3 du capteur-membre CM selon l’invention est configurée pour être sensible à l’action des efforts mécaniques s’exerçant à travers la structure le long de l’axe X lorsque la portion inférieure 1 est soumise à la sollicitation dynamique SD. Pour se faire, la portion centrale 3 comprend un corps d’épreuve 31 qui est élastiquement déformable et un réseau d’éléments 32 sensibles à la déformation dudit corps. Dans cet exemple, le réseau 32 comprend quatre éléments sensibles 32 (seulement deux sont illustrés sur la ) répartis uniformément sur la surface externe dudit corps d’épreuve 31 de façon à former avec le corps d’épreuve 31 un capteur d’effort. Le corps d’épreuve 31 est la partie du capteur qui est destinée à subir les déformations mécaniques induites par la sollicitation dynamique SD. Il est constitué d’une paroi suffisamment mince et d’un matériau de module d’Young connu et restant élastiquement déformable dans la gamme d’efforts engendrés par la sollicitation le long de l’axe X. La paroi mince est définie par le rapport entre son épaisseur et sa longueur, également désigné élancement. De préférence, la longueur est au moins dix fois l’épaisseur, de préférence la longueur est de l’ordre de dix-sept fois l’épaisseur. En d’autres termes, le corps d’épreuve 31 est conformé pour permettre, sous l’effet de la sollicitation dynamique SD, l’établissement d’ondes uniaxiales entre les portions inférieure 1 et supérieure 2 détectables par le réseau d’éléments sensibles 32. Le réseau est configuré pour délivrer un signal électrique représentatif des déformations élastiques subis par le capteur. A titre d’exemple purement illustratif, les éléments sensibles utilisés sont des jauges d’extensiométrie. Les éléments sensibles 32 sont tous disposés dans le même plan, ce dernier étant normal à l’axe X.

Le réseau d’éléments sensibles 32 est relié électriquement à une unité de traitement, équipée d’un processeur, dans laquelle est stocké un programme d’ordinateur visant à traiter les signaux de mesure récupérés depuis le réseau d’éléments sensibles en vue de fournir des informations relatives à la mesure du comportement biomécanique du membre inférieur soumis à la sollicitation SD.

Ainsi, le capteur-membre CM possède non seulement toutes les caractéristiques endomorphiques nécessaires à la modélisation du comportement biomécanique du membre inférieur étudié mais comprend également, au sein même de sa structure, toute l’instrumentation nécessaire à la mesure des efforts induits par la sollicitation dynamique SD.

A noter que le nombre, la nature et la disposition des éléments sensibles, ainsi que la proportion de surface occupée par ces derniers peuvent être adaptés au cas par cas, en fonction notamment du type de membre étudié, de la forme de la structure monobloc choisie, de la nature des grandeurs physiques mises en jeu (une surface de sensibilité minimale est requise pour produire un signal électrique de bonne qualité et dûment représentatif du comportement biomécanique du membre étudié).

De même, la forme, les dimensions, le matériau pour chacune des portions du capteur-membre peuvent être adaptés au cas par cas, en fonction notamment du type de membre étudié.

Les paramètres anthropomorphiques à prendre en compte lors de la réalisation du capteur-membre selon l’invention peuvent être adaptés au cas par cas, en fonction notamment du type de membre étudié et de la situation de sollicitations dynamiques que l’on souhaite menée (chute, explosion, accidents, etc.) et du type de grandeur(s) physique(s) à étudier (effort de pression, effort de flexion, inertie, accélération, etc.).

Dans ce mode de réalisation particulier, la portion centrale 3 et les portions inférieure 1 et supérieure 2 sont constituées d’un matériau identique afin de faciliter la fabrication du capteur-membre et de disposer du meilleur rapport robustesse-coût. A titre d’alternative, on pourrait envisager que la portion centrale 3 d’une part et les portions inférieure 1 et supérieure 2 d’autres part soient fabriquées dans des matériaux différents (les portions étant alors fixées entre elles, notamment par collage, soudage, vissage, etc.).

Selon un aspect particulièrement intéressant, le capteur-membre selon l’invention comprend une masselotte de réglage 4 comme celle portant la référence 4 illustrée sur la . Une telle masselotte 4 est destinée à être logée dans un évidement prévu à cet effet dans la structure monobloc le long de l’axe longitudinal X. La masselotte permet de rétablir un équilibrage en masse volumique des différentes portions du capteur-membre CM en fonction des besoins pour l’essai de choc.

La masselotte 4 comprend un corps 5 de forme sensiblement cylindrique et deux anneaux élastomères 6a et 6b disposés sur la surface circonférentielle dudit corps 5 destinés à venir en contact avec la surface circonférentielle interne de la structure monobloc du capteur-membre. De plus amples détails sur la structure d’un capteur-membre logeant une masselotte de réglage sont décrits ci-après en relation avec lesfigures 3, 4, 5.

Comme pour le capteur-membre CM, le capteur-membre CM’ illustré sur lesfigures 3 à 5comprend un élément monobloc 100 de forme générale allongée le long de l’axe longitudinal X’ destiné à reproduire le comportement du membre inférieur d’un soldat soumis à une sollicitation dynamique. L’élément monobloc 100 comprend :

- une portion inférieure 10 représentative du sous-membre « cheville-pied » ou « cheville-pied-chaussure » du membre inférieur ;

- une portion supérieure 20 représentative du sous-membre « jambe » du membre inférieur ;

- une portion centrale de mesure 30 disposée entre les portions inférieure et supérieure 10 et 20.

Le capteur-membre CM’ est en outre muni d’une masselotte 40 ayant pour rôle de venir répartir en masse les différentes portions de l’élément monobloc 100 du capteur. La masselotte 40 comprend un corps 50 de forme générale cylindrique présentant deux rainures circonférentielles, la rainure 65a étant destinée à recevoir l’anneau élastomère 60a, la rainure 65b étant destinée à recevoir l’anneau élastomère 60b. Lorsque la masselotte 40 est monté dans le capteur CM’, les deux anneaux élastomères 6a et 6b viennent en contact avec la surface circonférentielle interne de la structure monobloc 100, de préférence de la portion inférieure 1. Ces deux anneaux permettent de minimiser les interactions entre le régime d’ondes mécaniques uniaxiales établi dans l’élément monobloc 100 entre les portions inférieure 10 et supérieure 20 et le régime d’ondes mécaniques propre à la masselotte 40. En d’autres termes, cela permet d’éviter que la présence de la masselotte 40 vienne perturber la mesure d’effort réalisée par la portion centrale 30 du capteur-membre CM’.

Enfin, la masselotte 40 est maintenue en suspension par une vis de fixation 70 située dans la portion supérieure 20 du capteur.

La portion centrale de mesure 30 est de forme générale tubulaire. Elle présente un trou axial traversant de diamètre constant destiné à loger une partie de la masselotte 40. Dans cet exemple, la portion 30 présente typiquement une longueur de 12,0 mm, un diamètre de 23,4 mm et une paroi de 0,7 mm d’épaisseur (soit un trou de 22,0 mm de diamètre).

La portion supérieure 20 est de forme générale tubulaire mais présente un logement tubulaire de diamètre interne non constant. Plus précisément, la portion 20 présente un trou axial traversant constitué de deux sections de diamètre différent : la première section est destinée à loger la tête de la vis de fixation 70 et la seconde section à loger le corps de la vis de fixation 70 et une éventuelle rondelle de support. Dans cet exemple, la portion 20 présente typiquement une longueur de 25 mm et un diamètre externe constant de 26 mm. La première section présente en outre une paroi de 10 mm d’épaisseur (soit un trou de 16 mm de diamètre) et de 18 mm d’épaisseur pour la seconde section (soit un trou de 8 mm de diamètre).

La portion supérieure 20 présente une section dans sa partie inferieure dont le diamètre externe et l’épaisseur de la paroi tendent à diminuer de manière progressive, par exemple selon un profil curviligne, pour tendre vers les dimensions de la portion centrale 30. Une telle configuration permet de disposer d’une répartition des masses représentatives de celle d’un membre inférieur réel.

La portion inférieure 10 est de forme générale tubulaire mais présente un logement tubulaire de diamètre interne non constant. Plus précisément, la portion inférieure 10 présente un trou axial traversant constitué de deux sections de diamètre différent : la première section, solidarisée à la portion centrale 3, est destinée à loger la partie inférieure de la masselotte 40 (celle comportant les deux anneaux élastomères 60a et 60b), la seconde section, de plus grand diamètre, restant creuse. Dans cet exemple, la première section présente typiquement un diamètre interne de 22 mm, identique au diamètre interne de la portion centrale 30, et la deuxième section présente un diamètre interne de 32mm. La portion inférieure présente un diamètre de 48mm. A noter que la portion 10 présente une section dans sa partie supérieure dont le diamètre externe et l’épaisseur de la paroi tendent à diminuer de manière progressive, par exemple selon un profil curviligne, pour tendre vers les dimensions de la portion centrale 30. La portion inférieure 10 présente en outre, en partie supérieure, un diamètre extérieur plus faible, de 26mm, identique au diamètre extérieur de la portion supérieure 20.

Une telle configuration permet de disposer d’une répartition des masses représentatives de celle d’un membre inférieur réel.

Bien entendu, ces dimensions et formes sont données à titre purement illustratif et peuvent adaptées en fonction des caractéristiques souhaitées pour l’étude. Dans cet exemple, les dimensions du capteur membre CM correspondent à une représentation à échelle réduite (correspond à une échelle de 1/27 des masses) d’un membre inférieur.

Comme discuté brièvement ci-dessus, pour reproduire le comportement d’un membre inférieur humain, la structure monobloc du capteur-membre est définie par un jeu de paramètres anthropomorphiques reflétant les paramètres physiologiques réels du membre inférieur, tels que les masses et la répartition des masses par exemple (sans vouloir être exhaustif), et ce afin que le comportement dynamique rendu par le capteur-membre lors d’une situation de sollicitation dynamique soit le plus biofidèle possible.

Ainsi, selon l’invention, à un paramètre physiologique donné pour un membre ou un sous-membre du membre étudié (la masse d’une jambe normalisée par exemple) est défini un ou plusieurs paramètres anthropomorphiques, lesquels permettent de définir des caractéristiques structurelles du capteur-membre (prise en compte par exemple de la masse du matériau utilisé pour la portion supérieure 20 du capteur-membre CM’, pour que cette portion du capteur-membre soit conformée de manière à reproduire les caractéristiques en termes de masse et de répartition des masses correspondant à ladite jambe normalisée).

En sus d’un paramètre physiologique prédéfini, certains paramètres anthropomorphiques peuvent être également définis en prenant en compte un facteur d’échelle prédéfini. Prenons par exemple un paramètre physiologique relatif à la masse d’un membre inférieur normalisé, noté T. Ce paramètre physiologique T peut être associé à un facteur d’échelle prédéfini, par exemple un rapport 1/K, avec K un nombre entier strictement supérieur à 0, le dividende la valeur du paramètre physiologique du membre considéré et le diviseur K le facteur de mise à l’échelle pour le paramètre anthropomorphique correspondant). Dans ce cas, en considérant un facteur d’échelle de 1/27 par exemple, la valeur du paramètre anthropomorphique correspondant au paramètre physiologique T, autrement dit la masse de l’élément monobloc 100), sera sensiblement égale à un vingt-septième de la masse du membre inférieur normalisé (soit un élément monobloc de 249,1 gr pour un membre inférieur normalisée de 6,7 kg de masse).

Ainsi, grâce à ces caractéristiques, il est possible d’élaborer un capteur-membre de à échelle réduite, ce qui présente un avantage économique dans la caractérisation expérimentale, tout étant biofidèle.

Selon une mise en œuvre particulière, un paramètre anthropomorphique peut être défini pour être associé à une portion donnée du capteur-membre ou à au moins une section (i.e. une sous-portion) de cette portion donnée répartir ou à une pluralité de portions données du capteur-membre. Par exemple, il est possible de définir l’épaisseur de la paroi de la portion supérieure 20 du capteur-membre ou de la paroi d’une ou plusieurs sections de la portion supérieure afin de répartir localement ou globalement la masse volumique selon un profil prédéfini (gradient de masse volumique) en fonction des besoins de l’étude. En complément ou de manière alternative, un paramètre anthropomorphique peut être défini pour être associé à des caractéristiques de la masselotte de réglage. Par exemple, s’il est souhaité tester un membre inférieur avec une jambe plus corpulente que celle correspondant à une jambe normalisée caucasienne, il est possible d’ajuster la masse au niveau de la portion supérieure 20 en y intégrant un matériau de masse volumique plus élevée et/ou en présence d’une masselotte de masse volumique adaptée.

Enfin, en complément ou de manière alternative, le jeu de paramètres anthropomorphiques à prendre en compte pour la mise en œuvre du capteur-membre tient compte de paramètres de mesure, tels que le type de force étudiée par exemple (effort de pression, effort de flexion, moment, accélération, etc.). En effet, la nature des forces s’exerçant sur le capteur-membre peut varier d’une situation de sollicitation à une autre et peut conditionner les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du capteur-membre. Grâce à l’invention, il est ainsi possible d’adapter le capteur-membre en fonction des conditions de l’essai de choc que l’on souhaite (nature du membre, type de sollicitation dynamique à laquelle est soumis ledit membre, etc.).

Dans un autre mode de réalisation particulier de l’invention, il est proposé un réseau de capteur-membres. Chaque capteur-membre du réseau est identique et est défini selon les caractéristiques précitées selon le mode de réalisation particulier décrit ci-dessus en relation avec les figures 3, 4, 5. Sur cette base, il est ainsi possible de réaliser un essai expérimental de choc consistant en une explosion volontaire sous un véhicule militaire blindé dans lequel a été préalablement placé le réseau de capteurs à des emplacements prédéterminés du véhicule. Chaque capteur-membre est représentatif d’un membre inférieur d’un soldat en condition d’opération militaire. Une unité de traitement distante récolte l’ensemble des données de mesure issues du réseau de capteurs à des fins de traitement et d’étude du comportement et des effets des chocs subis par les membres inférieurs des soldats au cours de l’explosion.

Claims (11)

1. Capteur-membre anthropomorphique (CM) destiné à reproduire le comportement d’un membre soumis à une sollicitation dynamique (SD) et à réaliser une mesure biomécanique de cette sollicitation dynamique,
   caractérisé en ce que ledit capteur-membre comprend une portion inférieure (1) représentative d’une partie inférieure du membre, une portion supérieure (2) représentative d’une partie supérieure du membre et une portion centrale de mesure (3) disposée entre lesdites portions inférieure et supérieure, lesdites portions inférieure, supérieure et centrale étant reliées solidairement entre elles le long d’un axe longitudinal (X) et ayant une forme générale de manière à former une structure monobloc représentative dudit membre et dont la portion inférieure est destinée à recevoir ladite sollicitation dynamique, ladite portion centrale de mesure étant configurée pour être sensible à l’action d’une grandeur physique s’exerçant à travers la structure monobloc le long de l’axe longitudinal lorsque le capteur-membre est soumis à ladite sollicitation dynamique.
2. Capteur-membre selon la revendication 1, dans lequel la portion centrale de mesure comprend un corps d’épreuve qui est élastiquement déformable sous l’action de la grandeur physique et un réseau d’au moins un élément sensible à la déformation dudit corps de façon à former un capteur de déformation.
3. Capteur-membre selon la revendication 2, dans lequel le réseau comprend une pluralité d’éléments sensibles uniformément répartis sur la surface externe du corps d’épreuve.
4. Capteur-membre selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel le corps d’épreuve et lesdites portions inférieure et supérieure sont constitués d’un matériau identique.
5. Capteur-membre selon l’une quelconque des revendications 2 et 3, dans lequel le corps d’épreuve et lesdites portions inférieure et supérieure sont constitués de matériaux différents.
6. Capteur-membre selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant une masselotte de réglage (4), et dans lequel la structure monobloc présente un évidement orienté le long de l’axe longitudinal et configuré pour loger ladite masselotte de réglage le long de l’axe longitudinal.
7. Capteur-membre selon la revendication 6, dans lequel ladite masselotte de réglage est suspendue à une vis de fixation fixée solidairement à l’intérieur de la portion supérieure.
8. Capteur-membre selon l’une quelconque des revendications 6 et 7, comprenant au moins un anneau élastomère disposé sur la surface circonférentielle de ladite masselotte de réglage de manière à ce que ledit au moins anneau élastomère est en contact avec la surface circonférentielle interne de la structure monobloc.
9. Capteur-membre selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel, ledit membre étant défini par une pluralité de paramètres physiologiques, la structure monobloc est définie par une pluralité de paramètres anthropomorphiques tenant compte des paramètres physiologiques dudit membre.
10. Capteur-membre selon la revendication 9, dans lequel au moins un paramètre anthropomorphique de ladite pluralité tient compte en outre d’un facteur d’échelle prédéfini.
11. Réseau de capteurs caractérisé en ce qu’il comprend une pluralité de capteur-membres chacun défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 10.