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Juin
01

Des chocs amortis… en toute sécurité


Paru dans : Des chocs amortis… en toute sécurité J.M. Courty et E. Kierlik, Pour la Science N°380, (juin 2009)

Comment diminuer les effets sur le corps humain d’une chute ou d’une collision ? En amortissant ; ce qui signifie une immobilisation rapide, mais pas trop.

Extrait

Filets de protection ou harnais de sécurité sont là pour nous protéger lors d’une chute. Ceintures de sécurité et airbags font de même lors des accidents de voiture. Leur rôle est d’éviter le ralentissement trop brutal provoqué par le choc contre un obstacle ou un arrêt soudain : ils doivent donc être conçus pour amortir… en douceur. Quels principes guident la conception de ces systèmes de sécurité ?

Lorsqu’une personne en mouvement entre en collision avec un obstacle fixe, la transition à l’immobilité induit des forces intenses qui peuvent engendrer de graves blessures. Comment les éviter ? Regardons un cascadeur qui saute d’une grande hauteur. On a placé pour le réceptionner et amortir sa chute un épais matelas gonflable (voir la figure 1). Au lieu de s’immobiliser instantanément, le cascadeur est progressivement freiné par les forces de réaction du matelas, qui se déforme lors de l’impact.

Quelle doit être l’épaisseur du matelas ? Après une chute sous le seul effet de son poids (produit de sa masse par l’accélération g de la pesanteur), l’énergie cinétique acquise par le cascadeur est égale au travail de son poids, c’est-à-dire au produit de cette force par la hauteur de chute. À l’arrêt, l’énergie cinétique s’annule : le travail de la force de freinage – produit de cette force par la distance sur laquelle elle s’exerce – devra donc être égal à celui du poids. Pour une personne entraînée, on estime qu’il n’y a aucun souci si la décélération subie est inférieure à environ dix fois l’accélération de la pesanteur (10g pour parler comme les aviateurs).

Cascade sur matelas

La force correspondante est, en vertu des lois de Newton, le produit de cette décélération par la masse du cascadeur. Par une règle de trois, on en déduit que la distance d’arrêt pour le cascadeur doit être d’au moins un dixième de la hauteur de la chute. Ainsi, pour un saut d’une hauteur de 11,5 mètres, correspondant à un immeuble de quatre étages, la vitesse à l’impact est de 15 mètres par seconde, soit 54 kilomètres par heure, et la distance d’arrêt minimale est d’un peu plus d’un mètre. En pratique, comme la force exercée n’est ni constante ni maximale dès le contact avec le matelas, une épaisseur de matelas de 1,5 à 2 mètres s’impose.

380_Image_1_CHOC8aMORTI

Pour éviter les dommages corporels lors d’une chute, la décélération à l’impact ne doit pas dépasser une dizaine de fois l’accélération g de la pesanteur. On en déduit que la distance sur laquelle l’immobilisation se produit, donc l’épaisseur du matelas de réception, doit être au moins égale au dixième de la hauteur de chute. (dessin Bruno Vacaro )

Références

2 commentaires

  1. R.Laura a dit :

    Bonsoir,

    En lisant cet extrait de cet article qui m’interesse, je m’interpelle sur ce passage:

    « À l’arrêt, l’énergie cinétique s’annule : le travail de la force de freinage – produit de cette force par la distance sur laquelle elle s’exerce – devra donc être égal à celui du poids.  »

    Comme je suis censée maitriser le chapitre sur « Le point matériel dynamique » de Sup , mes réactions sont donc certainement naïves :
    -pourquoi lorsque l’energie cinétique de la personne en chute s’annule, la force de freinage devra être égale à son poids?
    -quelles sont les forces mises en jeu sur l’étude d’une telle chute?
    -ou plus encore : pourquoi une chute est-elle mieux amortie par un airbag gonflé de 70L ?

    Merci de votre attention, je serai honorée d’avoir vos explications.

    1. jmcourty a dit :

      Attention, il n’est pas écrit que la force de freinage est égale au poids, mais que le travailde la force de freinage compense le travail du poids. En effet au début du mouvement ainsi qu’à la fin, l’énergie cinétique est nulle par conséquent la somme des travaux des forces qui agissent sur le cascadeur est nulle. Ces travaux sont ceux : du poids qui agit sur tout le trajet, et de la force de freinage qui agit seulement à la fin.

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