Étude biomécanique de la protection de la tête au hockey

Résumé

Le hockey est un sport où la protection de la tête revêt une importance particulière. Ces dernières années, une prise de conscience des lésions que pouvaient entraîner une exposition fréquente à des chocs au niveau de la tête a eu lieu dans l’ensemble de la communauté du hockey, les joueurs de tous niveaux, les partisans, les ligues et les équipementiers. Afin de limiter la transmission de ces traumatismes au cerveau, des études neurologiques ont mis en lumière la probable responsabilité de l’accélération linéaire et de l’accélération angulaire dans les commotions cérébrales. Le bureau d’étude de Reebok-CCM Hockey cherche à optimiser le design de leur casque, au travers de la géométrie et des matériaux utilisés, pour réduire les accélérations ressenties à la tête. Cependant, il est difficile d’établir un lien entre les choix de conception et les résultats expérimentaux aux tests d’impact. Une des causes de cette difficulté est le manque d’information sur les matériaux et la pauvreté des données fournies par les fabricants. Afin de répondre à ces problématiques, le développement d’un modèle par éléments finis paramétré du complexe tête-cou-casque qui servira de support à la conception et à l’évaluation de nouveaux casques de hockey a été envisagé. Ce projet est une étude de faisabilité du développement d’un tel outil. Les objectifs spécifiques de ce projet préliminaires sont donc de : 1. Caractériser expérimentalement les mousses de protection utilisées dans un casque de hockey en situation d’impact; 2. Développer et valider un modèle par éléments finis paramétré d’une couche de mousse de protection en situation d’impact; 3. Évaluer le comportement d’un modèle par éléments finis tête-cou du mannequin HYBRID III. Pour répondre au premier objectif, un banc d’essai expérimental de type puits de chute a été exploité et a permis de déterminer les courbes contrainte-déformation de sept types de mousses de protection soumises à un impact. Deux mousses (EPP et VN602) ont fait l’objet d’un plan d’expérience et six paramètres caractéristiques ont été relevés afin d’établir leur comportement et sa dépendance à la vitesse d’impact. Par ailleurs, des essais en chargement combiné compression-cisaillement ont été entrepris et ont permis d’établir une preuve de principe. Le second objectif a conduit au développement d’un MÉF paramétré du comportement mécanique des mousses de protection soumis à des sollicitations dynamiques. Ce modèle a été validé par comparaison avec les données recueillis expérimentalement. Enfin, le troisième objectif a été abordé en reproduisant par la simulation des impacts expérimentaux sur le complexe tête-cou du mannequin HYBRID III. Une corrélation existe entre les résultats d’accélération linéaire et angulaire expérimentaux et numériques, ce qui permet d’établir des comparaisons relatives. En revanche, l’équivalence entre les résultats numériques et expérimentaux n’a pu être montrée et des investigations futures devront permettre d’éclaircir ce point. En conclusion, cette étude a permis, d’une part, de caractériser le comportement dynamique des mousses de protection et, d’autre part, de montrer la faisabilité de modéliser leur comportement. L’évaluation du comportement du MÉF du mannequin HYBRID III doit être poursuivie afin de donner pleine confiance dans la faisabilité de développer un MÉF paramétré du complexe tête-cou-casque qui servirait de support à la conception et à l’évaluation de nouveaux casques de hockey.

Date	16 juin 2016
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Yvan Petit (Directeur(-trice)) & Éric Wagnac (Codirecteur(-trice))