Vers une meilleure protection des joueurs de football

Les commotions cérébrales au football : un fléau

Les risques de commotion cérébrale liés à la pratique du football sont connus autant des spécialistes que du grand public. Durant l’année 2017, ce sont 281 commotions cérébrales qui ont été enregistrées dans la National Football League (NFL). Une étude publiée dans le Journal of the American Medical Association (JAMA) en 2017, suivant l’autopsie d’une centaine de joueurs professionnels, a même conclu que neuf joueurs sur dix souffraient de dégénérescence cérébrale chronique causée par les chocs répétés reçus à la tête au cours de leur carrière.

Les jeunes aussi sont touchés par ce fléau. Un sondage révélait qu’ils étaient près de la moitié à rapporter des symptômes s’apparentant à une commotion cérébrale au cours d’une unique saison de football.

Malgré toute l’attention qui est portée au phénomène, les casques de protection ont peu évolué durant les dernières années et n’offrent pas une protection suffisante principalement en raison d’un ajustement inadéquat entre le casque et la tête du joueur, ainsi que l’incapacité des coussinets de protection à rediriger l’énergie d’impact dans des directions stratégiques.

Une approche innovante pour une protection accrue

La solution technologique proposée par le groupe Kollide-ETS est basée sur l’optimisation et la personnalisation de structures architecturées (en instance de brevet par Kupol) imprimée en 3D, qui agiront comme coussinets de protection à l’intérieur du casque.

La structure architecturée Kupol a été retenue en raison de ces nombreux avantages :

• Elle est légère et offre une bonne respirabilité; 
• La résistance offerte par la structure augmente progressivement lors de la compression donc présente un large spectre d’efficacité;
• Son comportement est anisotrope, c’est-à-dire qu’il varie selon la direction de chargement, ce qui limite autant les accélérations linéaires et qu’angulaires en cas d’impact oblique.

Optimisation de la protection par tests virtuels

Après avoir caractérisé les propriétés mécaniques des matériaux élastomères issus de procédés de fabrication additive, un modèle virtuel de la structure sera créé en utilisant la méthode des éléments finis, puis validé expérimentalement. Ce modèle virtuel permettra de comparer une infinité de design et d’analyser comment la géométrie de la structure, comme la taille et le diamètre des poutres, la densité de mailles et l’épaisseur de la membrane, affecte le comportement du coussinet. L’objectif est de maximiser l’absorption de l’énergie dans des directions préférentielles d’impact, soit des chargements en compression pure lors d’impact direct ou combinant compression et cisaillement lors d’impact angulaire. Un modèle virtuel du casque complet sera également soumis aux mêmes tests d’impact employés par la NFL pour tester la performance des casques et permettra de déterminer la taille et la disposition des coussinets réduisant au maximum les accélérations de la tête dans de multiples directions.

Acquisition de la géométrie de la tête du joueur

Le casque proposé est fabriqué sur mesure pour chaque joueur, ce qui nécessite de scanner la tête en 3D. La technologie privilégiée est déjà intégrée dans les plus récents modèles de téléphones intelligents. Cette accessibilité permettrait au joueur de réaliser l’acquisition chez lui, sans avoir à se déplacer. Des efforts de validation sont déjà en cours afin de s’assurer que ces technologies sont suffisamment précises pour la numérisation de têtes.

Impression 3D non planaire

Une fois les coussinets architecturés optimisés, ces derniers seront fabriqués via une technique d’impression 3D non-planaire qui, contrairement à la technique traditionnelle qui imprime couche par couche une pièce sur une surface plane, consiste à imprimer les coussinets en suivant la courbure de la tête. L’impression 3D non planaire de la structure architecturée permet l’obtention de coussinets aux propriétés mécaniques accrues et mieux adaptés à la morphologie propre à chaque personne sans altérer la protection.