Soutenance de thèse de GUESNEAU Marianne

Résumé de la thèse

L'essor du vélo et de la trottinette électrique s'est accompagné d'une hausse des accidents impliquant ces usagers vulnérables. Bien que le casque réduise fortement les risques de traumatismes crâniens, il ne protège que la tête et reste peu efficace face à certaines lésions cérébrales. Pour pallier ces limites, des dispositifs innovants comme les protections airbags commencent à émerger. Ces airbags semblent prometteurs, mais leurs performances n'ont pas encore été testées en conditions réalistes, et avec des critères biomécaniques. Parmi ces innovations, le prototype STAN, actuellement en développement chez In&motion, est un airbag intégré dans un sac à dos, qui se déploie autour de la tête, du cou, du thorax et du dos en cas de chute. Ce travail vise à mieux comprendre les mécanismes de blessure à vélo et trottinette électrique, et à proposer une méthodologie d'évaluation biomécanique pour les airbags, en combinant analyse des données d'accidents, modélisations numériques et essais expérimentaux. Ce travail est structuré en trois parties.
Analyse des scénarios d'accidents
La revue de la littérature a révélé un manque de données sur les collisions avec des tiers, souvent négligées au profit des chutes seul·es. En analysant une base de données française d'accidents de la route, les scénarios de collision les plus fréquents ont pu être identifiés : l'impact latéral-frontal, où un vélo ou une trottinette est percuté sur le côté par l'avant d'un véhicule, représentait plus de la moitié des cas. Après ajustement sur les types de scénarios, les facteurs environnementaux et les caractéristiques des usagers, les cyclistes présentaient un risque plus élevé de blessures sévères que les trottinettistes.
Caractérisation des conditions d'impact
En se basant sur les scénarios de collision identifiés, notre approche consiste à déterminer les conditions d'impact de la tête et du thorax en reproduisant ces scénarios numériquement à l'aide de simulations multicorps. Après avoir validé ces modèles en reproduisant des accidents réels de vélos et trottinettes, et des essais avec mannequins, près de 2 500 collisions ont été simulées, permettant d'identifier les conditions d'impact lors du choc avec le véhicule et des impacts secondaires au sol. Les analyses ont révélé que la région frontale de la tête et du thorax était majoritairement touchée lors des collisions avec la voiture, tandis que les impacts au sol présentaient une répartition plus variée. Les trottinettistes présentaient des vitesses normales d'impact de la tête et du thorax plus élevées que les cyclistes, associées à un risque accru de blessures.
Évaluation des dispositifs de protection
Les performances de l'airbag STAN ont été comparées à celles des casques conventionnels ainsi qu'à des cas sans protection, au moyen d'essais expérimentaux et de reconstruction numérique par éléments finis d'impacts réalistes à la tête lors de chute de vélo et trottinette. Le risque de blessure a été évalué à l'aide de critères biomécaniques incluant notamment les accélérations linéaires et rotationnelles de la tête, ou encore la déflexion thoracique. L'airbag réduisait considérablement les accélérations linéaires et rotationnelles de la tête par rapport aux casques conventionnels dans la plupart des scenarios. Cependant, son efficacité restait limitée pour les impacts frontaux à forte vitesse, en raison d'un volume d'air plutôt faible à l'avant de l'airbag. Davantage de configurations devront être testées par la suite pour mieux comprendre l'impact de l'airbag sur les risques de lésions cervicales et thoraciques.
Ce travail propose une méthodologie d'évaluation biomécanique des airbags basée sur des impacts et des mécanismes de blessure réalistes. Il met en évidence le potentiel du prototype STAN tout en identifiant des pistes d'amélioration. À terme, ces outils pourront aider à concevoir et évaluer les airbags en améliorant la protection tout en réduisant les coûts et les délais de prototypage.