13.2.1.1 Protection du torse
Actuellement, la résistance balistique des gilets pare-balles est évaluée avec différents types de mannequins. Lorsqu’une balle d’arme de poing frappe une armure corporelle, elle est prise dans une « toile » de fibres très résistantes. Ces fibres absorbent et dispersent l’énergie d’impact transmise par la balle au gilet, ce qui provoque la déformation de la balle, ou « champignon ». L’énergie supplémentaire est absorbée par chaque couche successive de matériau du gilet, jusqu’à ce que la balle soit arrêtée. Comme les fibres agissent ensemble, à la fois dans la couche individuelle et avec les autres couches de matériau du gilet, une grande partie du vêtement est impliquée dans la prévention de la pénétration de la balle. Cela aide également à dissiper les forces qui peuvent causer des blessures non pénétrantes aux organes internes.
Jusqu’à très récemment, les principaux développements en matière d’équipement de protection individuelle pour le torse du soldat ont été axés sur la protection contre les menaces balistiques et de fragmentation. Cependant, les développements récents et la prolifération des armes à effet de souffle, dont le principal mécanisme de blessure est la surpression de souffle, ont été reconnus comme une menace importante pour les soldats. Les organes vulnérables aux effets de surpression de l’explosion sont principalement ceux qui contiennent de l’air, comme les poumons, le système auditif et le tractus gastro-intestinal. Le MABIL de Recherche et développement pour la défense Canada (RDDC) a été mis au point pour faciliter le développement de systèmes de protection personnelle efficaces contre les charges de souffle. Le substitut MABIL est une représentation du torse humain et il est utilisé pour mesurer les blessures primaires dues au souffle. Le nouveau système de protection pelvienne protège la zone pelvienne du soldat en réduisant les pénétrations de saleté et de débris fins par le souffle, ainsi que la fragmentation des munitions et des débris plus gros.
Le mannequin d’essai intègre également la recherche médicale qui fournit des mesures plus vraies pour prédire les blessures des occupants squelettiques lors des événements de souffle sous le corps. Dans une situation de souffle, en particulier une explosion sous le véhicule, la force produit une onde de pression, et les soldats qui se trouvent sur la trajectoire de cette énergie sont exposés à des risques de blessures à la tête, au dos, aux lombaires et au bassin. L’armée américaine a révélé son premier mannequin de test d’explosion. Le mannequin aidera à concevoir de nouveaux véhicules suffisamment résistants pour survivre à une explosion. Le mannequin contient des dizaines de capteurs de haute technologie et il sera utilisé pour créer des chars et d’autres véhicules qui peuvent survivre aux bombes.
Une explosion donne une onde de surpression qui se déplace dans l’air à une vitesse supersonique et généralement créée par une détonation explosive. Les ondes de souffle sont caractérisées par leur surpression maximale et leur durée de phase positive qui induit des blessures aux organes contenant de l’air comme le poumon, le système auditif et le système gastro-intestinal. Il existe actuellement différentes techniques pour évaluer les performances qualitatives et quantitatives des nouveaux équipements de protection contre les armes à effet de souffle. Pour évaluer les blessures causées par le souffle sur le torse et la tête, on utilise MABIL (Bouamoul, Williams, & Levesque, 2007) qui est une représentation du torse humain et qui a été développée par RDDC Valcartier (Anctil et al., 2004). Une description complète du substitut MABIL est donnée par Anctil et al. (2004), et la figure 13.1 montre le prototype complet du mannequin MABIL de RDDC qui est soutenu au cou et aux hanches.
Figure 13.1. Substitut de RDDC MABIL (Bouamoul et al., 2007).
Source : Anctil, B., Keown, M., Williams, K., Manseau, J., Dionne, J. P., Jetté, F. X., Makris, A. (2004). Développement d’un mannequin pour l’évaluation de l’incapacité et de la létalité dues à l’explosion. In Personal armour systems symposium, Pays-Bas (pp. 332-344). Copyright Sa Majesté la Reine du chef du Canada, représentée par le ministre de la Défense nationale 2005.
Ce substitut de torse MABIL est fabriqué en polyuréthane viscoélastique Shore A 70 (PU70) (Cooper, 1996). L’étude a développé et validé un modèle d’éléments finis (FE) simplifié de MABIL pour étudier et prédire la réponse à la surpression d’explosion. Le modèle numérique était constitué d’une tranche tridimensionnelle simplifiée du mannequin MABIL, prise au niveau du milieu du sternum, et soumise à différentes explosions. En général, l’accélération et la vitesse de la paroi thoracique numérique étaient plus élevées que les valeurs expérimentales. Cependant, le rapport entre la vitesse numérique et la vitesse expérimentale de la paroi thoracique était le même pour toute la gamme des charges de souffle étudiées. L’étude a également validé la réponse mécanique du modèle MABIL FE en utilisant les résultats expérimentaux de la membrane MABIL de RDDC. Bien que les résultats numériques soient différents des résultats expérimentaux, le rapport entre les résultats expérimentaux et numériques pour les différents scénarios d’explosion était constant, ce qui suggère que le modèle constitutif utilisé sous-estime la rigidité du polyuréthane utilisé pour construire le substitut. La réponse de RDDC MABIL FE sous explosion a également été comparée au modèle de torse humain FE et dans tous les cas, la réponse du modèle MABIL FE était plus élevée que le modèle de torse humain FE.
La menace des kamikazes augmente aux États-Unis et, par conséquent, une distance d’approche sûre entre le kamikaze et les premiers intervenants doit être dérivée. Dans une étude de Dempsey (2010), des mesures de létalité ou de blessures comme la surpression de l’explosion, la pénétration des fragments, l’accélération du corps entier, le traumatisme contondant dû à la charge de pression et le bouclier enfoncé dans le personnel des forces de l’ordre ont été effectuées à différentes distances des charges explosives. Ces mesures ont toutes été prises par des mannequins autonomes de létalité de l’explosion appelés Ironman.
Les données d’Ironman ont ensuite été analysées pour déterminer les probabilités de létalité/de pertes humaines pour le personnel des forces de l’ordre à différentes distances des charges explosives de différentes tailles. Ces analyses ont été condensées pour étudier les critères préliminaires de distance de sécurité. Afin de définir la distance de sécurité minimale entre les forces de l’ordre et les kamikazes, diverses blessures mortelles ont été mesurées sur des membres simulés des forces de l’ordre lors de la détonation d’une charge explosive (avec et sans shrapnel) portée par un kamikaze. Les mannequins Ironman ont été placés là où les agents d’intervention seraient le plus menacés par l’explosion d’un engin explosif improvisé porté par une personne (PBIED). Douze tests et un test d’étalonnage ont été effectués pour cette enquête initiale. Un Ironman a été confronté à l’environnement de l’explosion alors qu’il tenait un bouclier balistique Minuteman III-A, tandis que l’autre Ironman a fait la même expérience sans bouclier. Le bouclier est un bouclier balistique pliable, fabriqué par Patriot 3 pour la protection des armes de poing uniquement. L’homme de fer a fourni des données sur la létalité et les blessures afin de définir la distance de sécurité avec et sans bouclier. Au cours des tests, les deux systèmes Ironman ont été placés à la même distance de la charge explosive et toujours à 12 pouces de distance (épaule contre épaule). Le résultat de la première série de tests suggère qu’avec la variable testée, une distance « sûre » n’a pas été établie. À 60 pieds, toutes les blessures mesurées étaient faibles, à l’exception de la pénétration des éclats d’obus. Dans le cadre de ces essais limités, les équipements balistiques de type III testés ont semblé arrêter la plupart des éclats d’obus des PBIED à cette distance. Cependant, il convient de souligner que les vitesses de shrapnel sont encore élevées à 60 pieds et la probabilité de blessures élevées si une zone non protégée est frappée.
Dans une directive pour la combinaison EOD 9, la combinaison a été évaluée contre les engins explosifs à l’aide de mannequins de crash test automobile modèle HYBRID II (EOD 9 Bomb suit, 2010). Avant le test, les mannequins ont été placés sur un dispositif de positionnement spécialement conçu et maintenus en position au moyen d’un tuyau en acier de petit diamètre ancré et glissé sous chaque aisselle. Ces mannequins peuvent facilement retomber lorsque la force explosive les frappe, tout comme une réaction naturelle. Les mannequins ont été équipés de transducteurs de pression pour mesurer la surpression de l’explosion transmise sous la combinaison EOD 9 située au niveau de leur sternum. Deux conditions d’explosion ont été utilisées. Dans la première, le mannequin s’est agenouillé pour faire face à une charge de C4 sphérique de 0,567 kg située à 0,70 m de hauteur avec une distance de 0,60 m, tandis que dans la seconde, la charge de C4 de 10 kg était emballée dans une forme cylindrique carrée située à 1 m de hauteur avec une distance de 3 m à l’horizontale. Les résultats montrent que les combinaisons EOD 9 donnent une réduction de 96% de la surpression thoracique maximale lorsqu’on fait face à la petite charge à distance rapprochée alors que la réduction moyenne de la surpression thoracique était d’au moins 87% lorsqu’on fait face à la plus grande charge en position de distance de 3 m.
Humphrey, See, et Faulkner (2008) ont développé une méthodologie pour évaluer la létalité et les dommages collatéraux pour le programme de munition à létalité focalisée (FLM) qui est une nouvelle arme non fragmentante, guidée avec précision, avec des mécanismes d’effets de dommages qui diffèrent des principaux effets de dommages de fragmentation pour les armes traditionnelles. La documentation médicale et militaire a été étudiée afin de dériver des critères de létalité pour quatre mécanismes d’effets de dommages des FLM et d’établir des directives pour traiter les effets combinés. Les critères ont été appliqués avec succès pour évaluer l’utilité militaire des FLM et une validation préliminaire des procédures a été effectuée. Le programme FLM a été mené pour évaluer l’utilité militaire d’une arme guidée de précision à létalité focalisée. L’arme FLM a été conçue spécifiquement pour la poursuite de cibles de grande valeur, tout en minimisant les dommages collatéraux en dehors de la zone de concentration. L’arme FLM combine deux technologies pour offrir un mécanisme de mise à mort plus localisé par rapport à l’ogive actuelle en acier, qui a un effet de fragmentation de 2000 pieds ou plus. Tout d’abord, la technologie d’explosion multiphase utilise un remplissage en tungstène pour augmenter le poids de l’explosif et améliorer l’explosion en champ proche, par rapport aux remplissages explosifs classiques. Ensuite, le boîtier entourant la charge de tungstène est composé de fibres de carbone, qui nécessitent moins d’énergie pour se rompre qu’un boîtier comparable en acier. Lors de la détonation, le composite se brise en petites fibres non métalliques, minimisant ainsi les effets de fragmentation de l’ogive.
Les gilets balistiques composés de matériaux comme le Kevlar ou la céramique sont lourds et rigides, ce qui entrave la performance de travail du soldat. Pour améliorer le confort de port et la performance de travail des gilets balistiques, la distribution de la pression doit être étendue et les zones du corps avec une charge de pression élevée doivent être soulagées. Wettenschwiler, Annaheim, Stampfli et Rossi (2012) ont utilisé un modèle anatomique (mannequin) équipé de capteurs de pression pour étudier la charge des gilets balistiques à forte contrainte sur certaines parties du corps. Comme le mannequin est capable d’accomplir des mouvements verticaux et des fréquences qui correspondent à des vitesses de marche allant jusqu’à 6 km/h, le modèle permet des mesures statiques (debout) et dynamiques (en marche). La charge a été mesurée sur l’épaule, la hanche et la poitrine lors d’expériences statiques et dynamiques (marche à 4,5 km/h sur un tapis roulant) et il a été constaté que la charge des gilets balistiques était légèrement plus élevée lors des essais dynamiques que lors des essais statiques. Les différences entre les différentes parties du corps n’ont pas été observées.