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2 Jan, 2024

Une nouvelle doublure de casque 30 fois plus efficace contre les commotions cérébrales

Une nouvelle doublure de casque 30 fois plus efficace contre les commotions cérébrales

Une nouvelle mousse légère fabriquée à partir de nanotubes de carbone pourrait être l’avenir des casques de protection.

Des chercheurs ont mis au point une nouvelle mousse légère à base de nanotubes de carbone qui, utilisée comme doublure de casque, absorbe l’énergie cinétique provoquée par un impact presque 30 fois mieux que les doublures actuellement utilisées dans les casques de l’armée américaine. La mousse pourrait prévenir ou réduire considérablement la probabilité de commotion cérébrale chez le personnel militaire et les sportifs.

Chez les sportifs et les vétérans de l’armée, les lésions cérébrales traumatiques sont l’une des principales causes d’invalidité permanente et de décès. Les statistiques montrent que la majorité des traumatismes cérébraux, dont la commotion cérébrale est un sous-type, sont associés à des impacts obliques, qui soumettent le cerveau à une combinaison de forces cinétiques linéaires et rotatives et provoquent un cisaillement des tissus cérébraux délicats.

Pour améliorer leur efficacité, les casques portés par le personnel militaire et les sportifs doivent utiliser un matériau de revêtement qui limite ces deux types d’impacts. C’est là qu’interviennent les chercheurs de l’université du Wisconsin-Madison aux Etats-Unis. Déterminés à prévenir – ou à atténuer les effets – des traumatismes crâniens causés par des coups portés au corps et à la tête, ils ont mis au point un nouveau matériau en mousse légère destiné à être utilisé comme doublure de casque.

« Ce matériau est très prometteur pour la mise au point de nouveaux casques beaucoup plus efficaces dans la prévention des commotions cérébrales », explique Ramathasan Thevamaran, auteur correspondant de l’étude.

Pour cette étude, Ramathasan Thevamaran s’est appuyé sur ses recherches antérieures concernant les mousses de nanotubes de carbone alignés verticalement (VACNT : vertically aligned carbon nanotube) – des couches de cylindres de carbone d’un atome d’épaisseur soigneusement agencées – et leurs capacités exceptionnelles d’absorption des chocs. Les casques actuels tentent de réduire les mouvements de rotation en permettant un mouvement de glissement entre la tête du porteur et le casque lors de l’impact.

Toutefois, les chercheurs affirment que ce mouvement ne dissipe pas l’énergie en cisaillement et qu’il peut se bloquer lorsqu’il est fortement comprimé à la suite d’un coup. Au contraire, leur nouvelle mousse ne repose pas sur des couches de glissement.

Les impacts obliques, associés à la majorité des traumatismes crâniens, soumettent le cerveau à une combinaison de forces de cisaillement linéaires et rotatives

La mousse VACNT contourne ce problème grâce à son mécanisme de déformation unique. Sous l’effet de la compression, les VACNT subissent un flambage progressif séquentiel collectif, passant d’une conformité accrue à de faibles niveaux de déformation par cisaillement à une réponse de raidissement à des niveaux de déformation élevés. Les boucles de compression formées se déplient complètement, ce qui permet à la mousse VACNT de supporter de grandes déformations de cisaillement avant de revenir à un état proche de l’état initial lorsque la charge est supprimée.

Les chercheurs ont constaté qu’à une précompression de 25 %, la mousse présentait une dissipation d’énergie en cisaillement presque 30 fois supérieure – jusqu’à une déformation de cisaillement de 50 % – à celle des mousses élastomères à base de polyuréthane de densité similaire.

« Ces caractéristiques font que les mousses de VACNT conviennent parfaitement comme matériaux de revêtement pour les casques de protection modernes qui visent à prévenir les traumatismes crâniens en atténuant non seulement les chocs normaux, mais aussi en gérant l’énergie cinétique rotationnelle résultant des impacts obliques », ont déclaré les chercheurs.

Les chercheurs avaient déjà démontré la conductivité thermique et la diffusivité exceptionnelles de la mousse VACNT, qui permettraient à une doublure de casque fabriquée à partir de cette mousse de rester fraîche dans les environnements chauds. Outre son utilisation dans les casques, la mousse VACNT pourrait être utilisée dans les emballages et les systèmes électroniques pour prévenir les chocs et maintenir les composants électroniques au frais.

https://link.springer.com/article/10.1007/s11340-023-01013-1

https://engineering.wisc.edu/news/in-quest-to-prevent-debilitating-tbis-new-foam-material-rises-to-the-top/