Ecole Doctorale

Sciences du Mouvement Humain

Spécialité

Sciences du Mouvement Humain - MRS

Etablissement

Aix-Marseille Université

Mots Clés

ski,matelas de protection,blessures,collision,sécurité,station de ski

Keywords

collision,safety,ski resort,ski,protection mattress,injuries

Titre de thèse

Enjeux de sécurité des matelas de protection dans nos stations de ski
Safety issues of protection mattresses in our ski resorts

Date

Monday 17 January 2022 à 16:00

Adresse

Faculté de Médecine secteur nord, Boulevard Pierre Dramard, 13916 Marseille cedex 20. Salle de conférence

Jury

Directeur de these M. Pierre Jean ARNOUX Laboratoire de Biomécanique Appliquée
CoDirecteur de these Mme Catherine MASSON Laboratoire de Biomécanique Appliquée
Examinateur M. Irving SCHER University of Washington, Mechanical Engineering Department
Examinateur M. Eric WAGNAC Ecole de Technologie Supérieure de Montréal
Rapporteur M. Michel MASSENZIO Université Claude Bernard Lyon 1
Rapporteur M. Nicola PETRONE University of Padova, Department of Industrial Engineering

Résumé de la thèse

Bien que peu fréquentes, les collisions contre des obstacles (CO) naturels ou artificiels des domaines skiables peuvent être très graves. Si ces accidents sont associés à d’importants enjeux humains, économiques, technologiques, juridiques et écologiques, ils restent néanmoins peu compris. Pour diminuer la sévérité des blessures, ces obstacles sont protégés par des matelas règlementés par une norme de 2003. Leurs performances et la représentativité de la norme restent néanmoins inconnues. Ainsi, ce projet de recherche vise à évaluer les performances des matelas à protéger des blessures au regard des conditions d’accidents et de la réalité des usages afin de les améliorer. Pour cela, quatre étapes ont été définies. 1) Caractériser la réalité des collisions contre obstacles et leurs conditions d’impact. L’analyse épidémiologique de 3391 CO, parmi plus de 200 000 accidents nécessitant un secours des pisteurs ou une consultation médicale en station, a permis l’identification des victimes, des lieux d’accident, des moyens de secours à déployer et des facteurs de risque des CO. Elle a également montré la surreprésentation des blessures tête/cou/tronc. Ces informations sont à la base de 1080 simulations de CO avec un modèle multi-corps humain visant à identifier les conditions d’impacts lors de nombreux scénarios d’accidents. Ceci a mis en avant l’importance de protéger d’impacts à la tête et au tronc, au vu des risques d’impact fréquents et des vitesses d’impact élevées. 2) Évaluer les performances des matelas selon la réalité des usages. Une étude expérimentale, consistant en 671 impacts d’une tête et d’un torse sur des matelas, a été réalisée en station. Elle a notamment montré la forte influence de la vitesse d’impact, de l’épaisseur du matelas et de l’air contenu dans le matelas sur ses capacités d’amortissement. 3) Évaluer les performances des matelas à protéger des blessures selon la diversité des accidents. Trois modèles multi-corps de matelas de différentes épaisseurs ont été calibrés à partir des essais expérimentaux et intégrés dans les scénarios d’accidents précédents. L’analyse de 3692 simulations a notamment mis en avant les performances des matelas à protéger de blessures graves, leurs limites et le gain de performances dû à l’épaisseur. 4) Identifier les pistes d’amélioration de l’usage actuel des matelas. Ces résultats ont permis l’élaboration d’une part de recommandations pour la révision de la norme de fabrication actuelle des matelas et d’autre part de propositions pour la création d’un standard d’usage des matelas pour encadrer leur gestion lors de leur cycle de vie. Un banc d’auto-évaluation a également été développé pour permettre aux stations de ski d’estimer les performances de leurs matelas au cours de leur cycle de vie. En conclusion, ces travaux de recherche améliorent la compréhension des CO et fournissent des données pour la mise en place de campagnes de prévention spécifiques, pour le dimensionnement des secours et pour l’aménagement des pistes. Ces résultats serviront aussi pour l’évolution des standards (de fabrication et d’usage), la conception et l’évaluation des matelas d’aujourd’hui et de demain.

Thesis resume

Despite their low occurrence, collisions against natural and man-made obstacles (CO) on ski slopes can be severe accidents. They are also associated with important human, economic, technological, legal and ecological issues, but they remain poorly described. To reduce injury severity, these obstacles are protected by safety mattresses complying with a standard (2003). Their performances and the representativity of this standard remain unknow. Thus, this research project aimed to evaluate the performances of mattresses to protect from injuries according to accident conditions and uses in order to improve them. For that, four steps were defined. 1) To characterize collisions against obstacles and their impact conditions. An epidemiological analysis of 3391 CO, included among more than 200 000 accidents requiring ski patrol rescue or medical consultation in ski resort, identified the victims, the accident locations, the emergency services required and the risk factors of CO. It also underlined the overrepresentation of head/neck/trunk injuries. This information was used to model 1080 scenarios of CO with human multibody models in order to define the impact conditions during numerous accidents scenarios. This highlighted the need to focus on head and trunk impacts protection, given their high impact risks and impact speeds. 2) To evaluate mattresses performances according to the uses. An experimental study, consisting in 671 head and trunk impacts on mattresses, was performed in ski resorts. It underlined the strong effect of impact speed, mattress thickness and of the air inside in the mattress on its damping properties. 3) To evaluate mattresses performances to protect from injuries depending on the diversity of accidents. Three multibody mattress models of different thickness were calibrated from experimental data and added to the previous accident scenarios. The analysis of 3692 simulations highlighted the performances of safety mattresses to protect from severe injuries, their limits and the interest of thicker mattresses. 4) To identify potential improvements of safety mattress current uses. These results were used to define 1) recommendations to revise the current design standard of mattresses and 2) propositions to create a standard of uses to regulate mattresses management during their life cycle. A self-approval testing device was also developed for ski resorts to estimate the performances of their mattresses during their life cycle.