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EP2655999A1 - Procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants - Google Patents

Procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants

Info

Publication number
EP2655999A1
EP2655999A1 EP11799707.2A EP11799707A EP2655999A1 EP 2655999 A1 EP2655999 A1 EP 2655999A1 EP 11799707 A EP11799707 A EP 11799707A EP 2655999 A1 EP2655999 A1 EP 2655999A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
block
manikin
series
shots
plastic deformation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11799707.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jérome LE CARPENTIER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Europeenne De Developpement Industriel (cedi) Cie
Original Assignee
Europeenne De Developpement Industriel (cedi) Cie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Europeenne De Developpement Industriel (cedi) Cie filed Critical Europeenne De Developpement Industriel (cedi) Cie
Publication of EP2655999A1 publication Critical patent/EP2655999A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41H—ARMOUR; ARMOURED TURRETS; ARMOURED OR ARMED VEHICLES; MEANS OF ATTACK OR DEFENCE, e.g. CAMOUFLAGE, IN GENERAL
    • F41H1/00—Personal protection gear
    • F41H1/02—Armoured or projectile- or missile-resistant garments; Composite protection fabrics
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/0052—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes measuring forces due to impact
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/30—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying a single impulsive force, e.g. by falling weight

Definitions

  • the present invention generally relates to clothing or equipment for the protection of persons, in particular law enforcement and / or armed forces, against the firing of ammunition or perforating weapons such as punches, knives, etc.
  • the present invention particularly relates to methods of evaluating the protection afforded by such protective clothing or equipment, and designing and manufacturing clothing or equipment having given protection properties.
  • Plastiline ® a paste of standardized hardness, under shape of a block of a weight of 80kg maintained at a temperature of 20 ° C or equivalent Fahrenheit.
  • the method consists in fixing the equipment to be tested on such a block with the aid of straps, and firing on this equipment at a determined distance - generally five meters for handguns and ten to fifteen meters for so-called shoulder weapons - this shot being fired using a shooter firing ammunition of normalized weight at a standard speed.
  • the equipment tested is approved if it meets both of the following conditions:
  • Plastiline ® immediately behind the protective device does not exceed a predetermined depth (generally set by an originator), typically for example 44 mm, the depth being measured with a vernier caliper. Since Plastiline ® is a relatively inexpensive and fairly widespread material, this process has the advantage of being economical and of a great ease of implementation for the shooting test laboratories, for testing protective equipment developed by industrial.
  • Plastiline ® is a material whose mechanical behavior depends a lot on its temperature, the rise in temperature. resulting from the impact of successive munitions in the Plastiline ® block that may be sufficient to distort the results.
  • Patent application FR 2 933 181 A proposes the implementation of an instrumented manikin of the Hybrid III type (marketed by the company ETD, Hittfeld, D-21218 Seevetal, Germany), equipped with sensors arranged in a region such as the abdomen, thorax, head, vertebrae, spine, etc.
  • the two sets of measurements are compared to deduce the effectiveness of the equipment or protective clothing tested.
  • This solution has the advantage of being able to determine the residual traumatic risks during the use of protective equipment, thanks to the sensors arranged on the manikin and to the structural characteristics of the manikin.
  • An object of the present invention is to provide a method of testing a protective equipment vis-à-vis perforating elements such as ammunition or piercing weapons for the human being that overcomes all or part of the disadvantages supra.
  • the invention provides a method for converting plastic deformation measurements in a block of plastic deformation material (PL) into kinematic and energy data on a manikin (M) for the purpose of designing protective equipment.
  • people such as law enforcement and / or armed forces, including the following steps:
  • step (c) recording kinematic measurements provided from the sensors (C) during these series of shots, (d) providing a block of plastic deformation material equipped with a protective device identical to that used in step (a),
  • each protection device comprises a defined number of ballistic fiber sheets
  • At least one of the parameters of the following group of the plastic deformation material block is controlled: temperature, mass, composition and hardness of the block;
  • the block of material with plastic deformation used is a block of Plastiline® ;
  • At least one of the parameters of the ambient air among the following group is controlled: air temperature, humidity level in the air;
  • the region of the manikin on which one draws is one of the following group of regions: the head, the thorax, the pelvis, the back, the neck, the abdomen;
  • the risk zones are at least one of the following areas: heart, upper and / or lower part of the right lung, upper part and / or lower part of the left lung, sternum, high rib, low rib, pancreas, spine, spleen, kidney;
  • the firing zones are identified by means of a jig disposed on the protective equipment;
  • the dummy is upright and held in suspension at the time of shooting, the suspension being released immediately before the impact of the shots;
  • the kinematic measurements provided by the sensors comprise at least one of the elements of the following group: a longitudinal acceleration, a vertical acceleration, a transverse acceleration, the resultant of a longitudinal moment, a vertical moment, a transverse moment, a deflection of the material surface, and in which at least one of the elements of the following group may also be measured: speed of the bullet at the firing exit, speed of the ball on arrival on the manikin or on the block of material, velocity of the bale at a predetermined distance from the manikin or block of plastic deformation material as appropriate;
  • the deformation measurements of the material with plastic deformation comprise at least one of the elements of the following group: a depth and a diameter;
  • the ammunition is of large caliber, the protective equipment used then comprising a shield;
  • the invention proposes a method for testing a protective equipment with respect to piercing elements such as ammunition or piercing white weapons for the human being comprising the following steps:
  • test method according to the invention further comprises a step of determining traumatic risks from the conversion data.
  • the invention proposes a method of designing personal protective equipment such as the police and / or the armed forces against the action of perforating elements such as ammunition or weapons. perforating blanks, comprising the following steps:
  • a preferred but non-limiting aspect of the design process according to the invention is that it further comprises a step of determining the traumatological risks associated with the degree of protection of the prototype thus conceived.
  • FIG. 1 represents the elements necessary for carrying out the steps of the method according to the invention during which series of measurements are carried out on a manikin equipped with sensors
  • FIG. 2 represents the elements necessary for carrying out a step of the method according to the invention during which a series of measurements is carried out on a block of material with plastic deformation.
  • FIG. 3 represents the mechanical components measured by the manikin sensors, represented by way of example on the torso plane of the manikin.
  • FIG. 4a shows an example of a protective equipment equipped with a shielding layer.
  • Figure 4b is a sectional view of the equipment of Figure 4a.
  • FIG. 5a represents an example of "stand-alone” protection equipment
  • FIG. 5b is a sectional view of the equipment of Figure 5a.
  • the manikin M used in the process described hereinafter is analogous to that used in FR 2 933 181 A. It reproduces preferably faithfully the characteristics of real human beings.
  • this manikin M reproduces the zones Z which are today considered as zones of risk, that is to say the sensitive zones of the human being and in which the impact of piercing elements can be lethal .
  • These areas include, for the front face, the chest consisting of ribs and sternum and containing the heart and lungs. As for the back, it will include the ribs and spine and mainly the heart and lungs. If we consider the abdomen it will include areas of the liver, spleen, kidneys and pancreas. It should be noted, however, that the choice of risk areas may vary according to the size of the E protection equipment tested and the type of protection sought.
  • a costal grill including the high and low ribs, and equipped with sensors, is also reproduced in the manikin M, to simulate a depression or a rib fracture that may, depending on the circumstances, cause perforations of vital organs .
  • a first step of the method consists in setting up a manikin M, at least one region of which is equipped with a series of sensors C, said region also being equipped with a protection device E.
  • This protection device E is a first standard equipment selected from a set of such equipment each comprising a stack of a defined number of ballistic fiber sheets F, shown in Figure 4b.
  • ballistic fibers F may be woven or non-woven, and consist of materials of different origins and / or families such as in particular para-aramids, high density polyethylenes, carbon nanotubes or any other material fulfilling the same function.
  • this standard equipment E has the dimensions of a protective cover plate.
  • Different regions of the manikin M can be equipped with such sensors C and standard protection equipment E, such as the head, the thorax, the pelvis, the neck, the back, the abdomen, etc.
  • the sensors C can measure and record different quantities, some of which are represented in FIG.
  • the sensors can measure a longitudinal acceleration Ai, a vertical acceleration A v , a transverse acceleration A t and a resultant of the acceleration R of the perforating elements applied.
  • the sensors located at the level of the neck measure in particular on the one hand the longitudinal, vertical and transverse forces (not shown on the drawings). figures), and secondly the longitudinal moments Mi, vertical M v and transverse M t applied perforating elements.
  • a further step in the method according to the invention consists in carrying out, in the region of the manikin M equipped with sensors C and in the standard protection device E, series of shots with perforating elements such as that B ammunition, lethal or non-lethal munitions such as defense bullets, may be for example rubber or plastic - each series of shots being performed under special conditions which are explained below.
  • the series of shots are preferably performed on a manikin M sitting or standing.
  • connection between the helmet and the fixed point is Performs by means of an electromagnet that can be selectively activated and deactivated with rapid reaction by appropriate electrical control.
  • a series of shots is made on the thorax of the manikin M, it may consist for example of a series of six ammunition shots, each ammunition being fired in six risk areas of the rib cage at the defined location of the heart, right lung (up and down), left lung (up and down) and sternum.
  • This series can possibly be repeated on a new identical equipment, so that the ti rs already made do not disturb the new measurements.
  • a block of plastic deformation material PL is placed on which a standard protection device E having the same characteristics as that on which the series of shots were made is attached.
  • the plastic deformation material block PL may for example be a block of Plastiline ® PL with controlled characteristics, in particular its mass, its temperature, its hardness and its composition. These characteristics may be in accordance with a country's standard, as standards vary by country, as there is no single standard for Plastiline ®
  • Plastiline ® PL blocks generally weigh 80kg and are used at a temperature of 20 ° C.
  • the block of plastic deformation material PL may also have a similar curvature, and preferably as close as possible, of the natural curvature. This makes it possible to improve and facilitate the quality of the correspondence between the measurements taken on the manikin M and the measurements taken on the plastic deformation material PL.
  • Plastiline ® Herbin Sueur will preferably be used
  • Plastiline ® being generally preformed in a cubic tray (such as Plastiline ® ROMA No. 1).
  • the parts corresponding to the back and the plastron of the standard protection device E are preferably fastened to the block of plastic deformation material PL in order to record the results as close as possible to the reality, the rest of the device not necessary.
  • the tests are preferably carried out by successively placing the front plate and the back of the equipment.
  • protection E on the block of Plastiline PL for example by means of elastics as described in the standard NIJ010106.
  • one or more series of shots identical to those carried out on the manikin M are then produced on this set.
  • the piercing elements used leave on the block of plastic deformation material PL footprints related to their impacts. We then measure certain characteristics of these cavities, in particular their depth, according to the norm NU 0101 .06, and their diameter (parameter which is not indicated in the norm NU 0101 .06), which makes it possible to obtain a series measurement of mechanical parameters resulting from the action of the perforating elements on the plastic deformation material block PL.
  • a next step of the method according to the invention consists in comparing the series of deformation measurements in the plastic deformation material block PL with the kinematic and energetic data obtained with the mannequin M respectively for the different standard protections E, in order to deduce conversion data, thanks to a correspondence between these two types of measurement series.
  • Parameters such as temperature and humidity in the ambient air are preferably controlled during testing.
  • the series of shots are carried out with certain constant parameters such as: the type of the ammunition (namely its size, its nature, its load (weight, shape, composition, etc.), the firing speed), the zone Z of the manikin M on which the firing was made, the firing distance with respect to the manikin M and the block of plastic deformation material PL.
  • the series of shots preferably comprises a round of ammunition per zone Z (advantageously per risk zone), in a determined order.
  • the shots are on the one hand carried out at the same places of the equipment of plastic deformation material PL and manikin M, and secondly in the same order. This makes it possible to be able to accurately transpose the results obtained on the manikin M and those obtained on the block of plastic deformation material PL.
  • the manikin M's firing on the thorax consists in firing a munition in a standard equipment at each risk zone Z (for example for the thoracic cage: heart, left lung - upper and lower parts, lung right - upper and lower parts, sternum), then at the time of performing the series of similar shots in the plastic deformation material block PL, the six shots must be made exactly at the same places in the faceplate of the standard equipment, corresponding at said risk areas Z.
  • a template G on which are shown the exact locations of said zones Z.
  • This template G can be placed for example on the standard protective equipment E before the firing on the manikin M, then recovered) to be placed on the standard protection equipment E to precisely identify the corresponding areas in which to fire on the PL block.
  • the template is not recovered but replaced by an identical template on which we will have previously identified the impacts of ammunition fired on the manikin M.
  • the size of the protective equipment E (and therefore the breastplate) is very important also for the reliability of the measurements, since on a small protective equipment, a vital organ like the heart is closer to an edge of the equipment and is thus less well protected because it has less ballistic area than larger equipment.
  • each ammunition impact must be at a minimum distance (typically 7.6 cm) from the edges of the protective equipment E, and at a minimum distance (typically 5.1 cm) respectively another ammunition impact, to avoid any edge effects.
  • each round of firing is carried out with ammunition of constant caliber, mass, charge, nature, shape, composition, and speed, which are preferably consistent with the types of ammunition mentioned in the US standard NU 0101 .06.
  • the mass of a munition includes, in addition to the mass of the fired bullet, the mass of the powder, which directly affects the speed of the fired bullet. This means that a given mass of ammunition corresponds to a given speed of bullet at the exit of the weapon, and that by increasing the quantity of powder in an ammunition it is possible to confer on the bullet fired a speed, and therefore a kinetic energy. , much more important.
  • the aforementioned standard imposes the use of ammunition whose characteristics are perfectly defined and can be summed up in speed and in nature. If it is necessary to test protective equipment E for a munition not described in the standard, then measure its speed and define its weight, and perform all the shots on the plastic deformation material block PL and on the manikin with this ammunition.
  • each shot ammunition may have a speed different from the previous one (but still within the tolerance allowed by the standard), it is possible to carry out each series of tests several times, for example a dozen times, in order to have a representative statistical sample to make the most accurate correlations possible.
  • step of pulling on the manikin M as in the step of pulling on the plastic deformation material block PL, then at least one of the speeds of the following group is measured: speed of the ammunition at the firing exit (that is to say at the exit of the barrel of the weapon used), speed of the ammunition at the arrival on the manikin M and on the block of material PL, speed of the ammunition before the impact, for example at a predetermined distance from the manikin M or the material block PL if necessary (typically 2.50m).
  • the munitions used belong to the MA to NIA classes of the American standard NU 0101 .06, which corresponds to small to strong calibers (handguns), for example 40S & W FMJ at 44Magnum SJHP.
  • the standard protection equipment used is equipped with an additional armor, in order to stop ammunition. Indeed, only the presence of such a shield allows the stopping of calibers of such a nature.
  • the shielding consists of a shielding plate BL, for example boron carbide, silicon, aluminum, or high density polyethylene ceramic, this shielding plate BL being placed on the front of the equipment. protection, for example the plastron, inside a pocket P provided for this purpose, as shown in Figures 4a and 4b.
  • a shielding plate BL for example boron carbide, silicon, aluminum, or high density polyethylene ceramic
  • FIGS. 5a and 5b There are also plates adapted to be threaded directly (without other protective equipment) and can be held by a harness (stand-alone plates in English language), an example of such a plate being shown in Figures 5a and 5b .
  • a damping layer A for example made of foam, aramid or any other material likely to constitute an effective damper
  • correlations may, for example, but without limitation, take the form of charts or tables of values stored in the memory of a computer. Automatic conversion software can also be developed from these correlations. These correlations are specific to all the parameters chosen at the time of the shooting series, that is to say to fixed caliber, mass of fixed ammunition, fixed shooting distance, fixed shooting zone, fixed shooting speed, etc. .
  • the aforementioned steps are repeated with standard protection devices E of different sizes in the S, M, L, XL or XXL group, for men or women, or comprising, for example, a different number of ballistic fiber sheets, for example. non-limiting example, according to the table below:
  • the conversion data can also be enriched by repeating the above steps by varying each of the different parameters set for each set of shots, ie the caliber of the ammunition, the firing distance, the mass of the ammunition and the ammunition firing rate, the latter two parameters being correlatively modified to vary the kinetic energy of the munition at the exit of the weapon, this energy being defined by the formula
  • V the firing rate of the ammunition.
  • the manufacturer entrusts the protection equipment to be tested to an approved firing laboratory.
  • the test laboratory which can easily obtain a block of PL plastic deformation material of Plastiline® type, can set up such a block, and equip it with the protective equipment to be tested.
  • the deformations of the plastic deformation material block PL are then measured and compared with the conversion data obtained during the process described above.
  • the munitions used do not correspond to munitions for which the conversion data have been determined, it is possible to extrapolate pre-established conversion data, the results corresponding to these munitions.
  • This last aspect of the invention enables the industrialist, the public purchaser, or any other person in charge of the sector to measure at a lower cost in terms of traumatology the effectiveness of the protection of a given protection equipment.
  • the present test method of a protective equipment makes it possible to evaluate certain traumatological risks, this facilitates the orientation of the searches for the improvement of the protective equipment.
  • the protective equipment may be modified or, in the case of a prototype, its design may be completed before being retried by the same method.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions (B) ou des armes blanches perforantes pour l'être humain comprenant es étapes suivantes: - prévoir un bloc de matériau a déformation plastique (pl), - équiper le bloc avec l'équipement de protection à tester, - appliquer des éléments perforants selon une série d'énergies et de cinématiques déterminées sur l'équipement de protection, - mesurer des dimensions d'impact des éléments perforants dans le bloc de matériau à déformation plastique (pl), et obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants, et - convertir la série de mesures à l'aide des données de conversion obtenues par un procédé de conversion conforme à l'invention de manière à en déduire les paramètres mécaniques correspondants résultant de l'action des éléments perforants sur un mannequin (M).

Description

PROCEDE D'ESSAI D'UN EQUIPEMENT DE PROTECTION VIS-A-VIS
D'ELEMENTS PERFORANTS
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne de manière générale les vêtements ou équipements de protection des personnes, notam m ent des forces de maintien de l'ordre et/ou des forces armées, contre le tir de munitions ou les armes perforantes de type poinçons, couteaux etc.
La présente invention concerne en particu l ier les procédés d'évaluation de la protection assurée par de tels vêtements ou équipements de protection , et de conception et de fabrication de vêtem ents ou équipements ayant des propriétés de protection données.
ETAT DE LA TECHNIQUE
On connaît déjà différents procédés de mesure de l'efficacité de vêtements ou équipements de protection contre le tir de munitions ou les armes perforantes.
Conventionnellement, et en accord avec les différentes normes sur la résistance des équipements de protection corporelle aux balles et autres armes perforantes, et en particulier selon la norme américaine NU 0101 .06, on utilise de la Plastiline®, une pâte de dureté normalisée, sous forme d'un bloc d'un poids de 80kg maintenu à une température de 20°C ou équivalent Fahrenheit.
Le procédé consiste à fixer l'équipement à tester sur un tel bloc à l'aide de sangles, et à réaliser un tir sur cet équipement à une distance déterminée - en général cinq mètres pour les armes de poing et dix à quinze mètres pour les armes dites d'épaule - ce tir étant réalisé à l'aide d'un banc de tir tirant des munitions de poids normalisé à une vitesse également normalisée. L'équipement testé est homologué s'il remplit les deux conditions suivantes :
- il arrête le projectile tiré par le banc de tir,
- la profondeur maximum de l'empreinte du choc dans le bloc de Plastiline® situé immédiatement derrière l'équipement de protection ne dépasse pas une profondeur déterminée (généralement fixée par un donneur d'ordre), typiquement par exemple de 44 mm, cette profondeur étant mesurée à l'aide d'un pied à coulisse. La Plastiline® étant un matériau relativement économique et assez répandu, ce procédé présente l'avantage d'être économique et d'une grande facilité de mise en œuvre pour les laboratoires d'essais de tirs, pour tester des équipements de protection développés par des industriels.
Il présente toutefois l'inconvénient de ne pas permettre de déduire, à partir de la mesure des profondeurs des impacts réalisés dans le bloc de Plastiline®, les conséquences traumatologiques des impacts de munitions ou des coups de couteaux sur un sujet porteur de l'équipement.
De plus, au cours de ces essais, les mesures de déformation de la Plastiline® peuvent être faussées à mesure que les tirs sont effectués, car la Plastiline® est un matériau dont le com portement mécanique dépend beaucoup de sa température, la hausse de température résultant des impacts de munitions successifs dans le bloc de Plastiline® pouvant être suffisante pour fausser les résultats.
La demande de brevet FR 2 933 181 A propose quant à elle la mise en œuvre d'un mannequin instrumenté du type Hybrid III (commercialisé par la société ETD, Hittfeld, D-21218 Seevetal, Allemagne), équipé de capteurs disposés dans une région d'essai, par exemple l'abdomen, le thorax, la tête, les vertèbres, la colonne vertébrale, etc.
Ces capteurs permettent, par la mesure de paramètres tels que par exemple des forces, des moments et des accélérations selon plusieurs axes, en surface du mannequin, de donner des indications d'ordre traumatologique de l'effet des impacts sur le corps humain. Un mannequin de ce type est cependant extrêmement coûteux, et l'utilisation de munitions risque de le détériorer forte m ent et irrémédiablement. A cet effet, selon le document FR 2 933 181 A, le mannequin est donc équipé d'une protection formant tare devant la ou les régions équipée(s) de capteurs.
Des tests de tirs de projectiles sont alors réalisés :
- d'une part sur le mannequin équipé de la protection mais dépourvu de l'équipement ou du vêtement de protection que l'on cherche à tester, pour obtenir grâce aux capteurs du mannequin une première série de mesures mécaniques,
- et d'autre part sur le mannequin équipé de la protection ainsi que de l'équipement ou du vêtement de protection à tester, pour obtenir une deuxième série de mesures mécaniques.
A la suite de ces tirs de projectiles, les deux séries de mesures sont comparées pour en déduire l'efficacité de l'équipement ou du vêtement de protection testé.
Cette solution présente l'avantage de pouvoir déterm iner les risques traumatologiques rémanents au cours de l'utilisation d'un équipement de protection, et ce, grâce aux capteurs disposés sur le mannequin et aux caractéristiques structurelles du mannequin.
Cependant, cette solution est difficile à mettre en œuvre pour des tests réguliers. En effet, les mannequins utilisés dans ce genre de méthodes sont si onéreux qu'il est impossible pour les laboratoires de tirs agréés de s'équiper de tels mannequins. Il est alors nécessaire, lors d'un processus d'essais d'un équipement, voire de son homologation, d'externaliser les essais auprès d'un institut centralisé possédant ce type d'équipement.
Or la très faible disponibilité de ces mannequins impose parfois des délais très longs pour réaliser ces essais, et peut aussi nécessiter de les déplacer d'un centre d'essais à un autre, ce qui engendre des coûts et des délais contraignants dans la conception des équipements de protection. En outre, les mesures effectuées par les capteurs ne sont pas pleinement représentatives des effets traumatologiques pour le porteur de l'équipement, dans la mesure où elles peuvent être faussées par la présence des protections du mannequin, ces protections étant d'autant plus importantes et susceptibles de fausser les mesures que les tirs d'essais s'effectuent avec des armes puissantes.
Ainsi le tir de munitions avec des armes à feu de très grande puissance est susceptible de causer une détérioration du mannequin.
Enfin, ce procédé est difficile à mettre en œuvre de façon fiable et économique pour tester la résistance d'un équipement de protection à des munitions de calibre important, dans la mesure où le mannequin risque d'être détérioré par les tirs si les protections employées ne sont pas adaptées.
RESUME DE L'INVENTION
Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes pour l'être humain qui pallie tout ou partie des inconvénients précités.
A cet égard, l'invention propose un procédé de conversion de mesures de déformation plastique dans un bloc de matériau à déformation plastique (PL) en des données cinématiques et énergétiques sur un mannequin (M) en vue de la conception d'équipements de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou les forces armées, comprenant les étapes suivantes :
(a) prévoir un mannequin dont au moins une région est équipée de capteurs, un dispositif de protection étalon) étant placé sur ladite région,
(b) effectuer des séries de tirs d'éléments perforants dans des conditions fixées sur ladite région du mannequin,
(c) enregistrer des mesures cinématiques fournies à partir des capteurs (C) lors de ces séries de tirs, (d) prévoir un bloc de matériau à déformation plastique équipé d'un dispositif de protection identique à celui utilisé à l'étape (a),
(e) effectuer des séries de tirs identiques à celles de l'étape (b) sur le bloc de matériau,
(f) effectuer des mesures de déformations du bloc de matériau provoquées par les impacts de ces séries de tirs,
(g) répéter les étapes (a) à (f) avec des dispositifs de protection étalons de caractéristiques différentes, et
(h) à partir des mesures cinématiques fournies par les capteurs (C) et des mesures de déformations observées sur le bloc de matériau pour des tirs identiques et avec les différents dispositifs de protection étalons, élaborer des données de conversion.
Certains aspects préférés mais non limitatifs du procédé de conversion selon l'invention sont les suivants :
- chaque dispositif de protection comprend un nombre défini de feuilles de fibres balistiques ;
- on contrôle l'un au moins des paramètres du groupe suivant du bloc de matériau à déformation plastique : température, masse, composition et dureté du bloc ;
- le bloc de matériau à déformation plastique utilisé est un bloc de Plastiline® ;
- l'un au moins des paramètres de l'air ambiant parmi le groupe suivant est contrôlé : température de l'air, taux d'humidité dans l'air ;
- au cours d'une série de tirs, plusieurs munitions de même calibre et de même masse sont tirées dans la région du mannequin équipée de capteurs ;
- la région du mannequin sur laquelle on tire est l'une des régions du groupe suivant : la tête, le thorax, le bassin, le dos, le cou, le bas-ventre ;
- on tire dans une pluralité de zones à risques ;
- les zones à risque sont l'une au moins des zones suivantes : cœur, partie haute et/ou basse du poumon droit, partie haute et/ou basse du poumon gauche, sternum, côte haute, côte basse, pancréas, colonne vertébrale, rate, rein ;
- au cours d'une série de tirs, on tire une fois dans chaque zone à risques ;
- au cours d'une série de tirs, on tire dans les zones à risque dans un ordre déterminé.
- on tire dans les mêmes zones de l'équipement de protection aux étapes (b) et (e) ;
- au cours de l'étape (e), les zones de tirs sont identifiées au moyen d'un gabarit disposé sur l'équipement de protection ;
- le mannequin est debout et maintenu par suspension au moment du tir, la suspension étant libérée immédiatement avant l'impact des tirs ;
- les mesures cinématiques fournies par les capteurs comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une accélération longitudinale, une accélération verticale, une accélération transversale, la résultante d'un moment longitudinal, un moment vertical, un moment transversal, une déflexion de la surface du matériau, et dans lequel on peut en outre mesurer l'un au moins des éléments du groupe suivant : vitesse de la balle en sortie de tir, vitesse de la balle à l'arrivée sur le mannequin ou sur le bloc de matériau, vitesse de la balle à une distance prédéterminée du mannequin ou du bloc de matériau à déformation plastique le cas échéant ;
- les mesures de déformation du matériau à déformation plastique comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une profondeur et un diamètre ;
- les munitions sont de gros calibres, les équipements de protection utilisés comportant alors un blindage ;
- on élabore des données de conversion spécifiques à un type de munition ;
- on élabore des données de conversion spécifiques à une taille d'équipement de protection ; et - chaque série de tirs est réalisée à des distances différentes du mannequin et/ou du bloc à déformation plastique.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes pour l'être humain comprenant les étapes suivantes :
- prévoir un bloc de matériau à déformation plastique,
- équiper le bloc avec l'équipement de protection à tester,
- appliquer des éléments perforants selon une série d'énergies et de cinématiques déterminées sur l'équipement de protection,
- mesurer des dimensions de l'impact des éléments perforants dans le bloc de matériau à déformation plastique, et obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants, et
- convertir la série de mesures à l'aide des données de conversion obtenues par un procédé de conversion conforme à l'invention de manière à en déduire les paramètres mécaniques correspondants résultant de l'action des éléments perforants sur un mannequin.
U n aspect préféré mais non l im itatif du procédé d'essai selon l'invention est qu'il comprend en outre une étape de détermination de risques traumatologiques à partir des données de conversion.
Selon un dernier aspect, l'invention propose un procédé de conception d'un équipement de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou des forces armées contre l'action d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes, comprenant les étapes suivantes :
- réaliser le procédé d'essai d'un équipement de protection conforme à l'invention sur un prototype d'équipement de protection,
- déduire de l'étape précédente un degré de protection assuré par le prototype d'équipement de protection, - en fonction des exigences requises concernant le degré de protection de l'équipement à concevoir, modifier des caractéristiques du prototype, et
- réitérer les étapes précédentes jusqu'à obtenir un degré de protection conforme aux exigences requises.
Un aspect préféré mais non limitatif du procédé de conception selon l' invention est qu'il comprend en outre une étape de déterm ination des risques traumatologiques associés au degré de protection du prototype ainsi conçu.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exem ples non lim itatifs et sur lesquelles :
- la figure 1 représente les éléments nécessaires à la réalisation des étapes du procédé selon l'invention au cours desquelles on réalise des séries de mesures sur un mannequin équipé de capteurs,
- la figure 2 représente les éléments nécessaires à la réalisation d'une étape du procédé selon l'invention au cours de laquelle on réal ise une série de m esures sur un bloc de matériau à déformation plastique.
- La figure 3 représente les composantes mécaniques mesurées par les capteurs du mannequin, représentées à titre d'exemple sur le plan du torse du mannequin.
- La figure 4a représente un exemple d'un équipement de protection équipé d'une couche de blindage.
- La figure 4b est une vue en coupe de l'équipement de la figure 4a.
- La figure 5a représente un exemple d'équipement de protection de type « stand-alone», et
- La figure 5b est une vue en coupe de l'équipement de la figure 5a. DESCRIPTION DETAILLEE D'UNE FORME DE REALISATION PREFEREE
On va maintenant décrire en détails un procédé permettant de convertir des mesures de déformation plastique dans un bloc de matériau à déformation plastique PL en des données cinématiques et énergétiques sur un mannequin M en vue de la conception d'équipements de protection des personnes telles que des forces de l'ordre et/ou des forces armées.
Ces données de conversion permettent alors de tester un équipement de protection sans recourir à un mannequin M, en recourant seulement à un bloc de matériau à déformation plastique PL, ce qui, entre autres avantages, réduit considérablement les coûts d'essai des équipements de protection tout en permettant d'accélérer les essais et la conception des équipements.
Le mannequin M utilisé dans le procédé décrit ci-après est analogue à celui qui est utilisé dans le document FR 2 933 181 A. Il reproduit de préférence fidèlement les caractéristiques des êtres humains réels.
En particulier, ce mannequin M reproduit les zones Z qui sont aujourd'hui considérées comme des zones à risque, c'est-à-dire des zones sensibles de l'être humain et dans lesquelles l'impact d'éléments perforants peut être létal. Ces zones sont notamment, pour la face avant, le thorax constitué des côtes et du sternum et contenant le cœur et les poumons. Concernant la face arrière, il s'agira notamment des côtes et de la colonne vertébrale ainsi que principalement du cœur et des poumons. Si l'on considère l'abdomen il s'agira notamment des zones du foie, de la rate, des reins et du pancréas. On notera cependant que le choix des zones à risque peut varier en fonction de la taille de l'équipement de protection E testé et du type de protection recherché.
Un gril costal, comprenant notamment les côtes hautes et basses, et équipé de capteurs, est en outre également reproduit dans le mannequin M, afin de simuler un enfoncement ou une fracture de côte qui peut, selon les circonstances, entraîner des perforations des organes vitaux. En référence à la figure 1 , une première étape du procédé consiste à mettre en place un mannequin M, dont au moins une région est équipée d'une série de capteurs C, ladite région étant également équipée d'un dispositif de protection E.
Ce dispositif de protection E est un premier équipement étalon choisi parmi un jeu de tels équipements comprenant chacun un empilement d'un nombre défini de feuilles de fibres balistiques F, représentées en figure 4b. Ces fibres balistiques F peuvent être tissées ou non tissées, et constituées de matériaux de différentes origines et/ou familles comme notamment des para-aramides, des polyéthylènes haute densité, des nanotubes de carbone ou tout autre matériau remplissant la même fonction.
D e préfére nce , po u r s' a pprocher au m ie ux de l a réa l ité , cet équipement étalon E présente les dimensions d'un plastron de gi let de protection.
Différentes régions du mannequin M peuvent être équipées de tels capteurs C et d'équipements de protection étalons E, telles que la tête, le thorax, le bassin, le cou, le dos, le bas-ventre, etc.
Pour chacune des régions susmentionnées, les capteurs C peuvent mesurer et relever différentes grandeurs, dont certaines sont représentées en figure 3.
Concernant la tête et le bassin, les capteurs peuvent mesurer une accélération longitudinale Ai, une accélération verticale Av, une accélération transversale At et une résultante de l'accélération R des éléments perforants appliqués.
Les capteurs disposés au niveau du thorax ou du dos mesurent notamment l'accélération longitudinale A, l'accélération verticale Av, l'accélération transversale At, la résultante de l'accélération R des éléments perforants, ainsi que la déflexion, c'est-à-dire la déformation de la surface du matériau résultant des éléments perforants appliqués.
Enfin les capteurs situés au niveau du cou mesurent notamment d'une part les efforts, longitudinaux, verticaux, et transversaux (non illustrés sur les figures), et d'autre part les moments longitudinaux Mi, verticaux Mv et transversaux Mt des éléments perforants appliqués.
D e reto u r à l a f i g u re 1 , une étape su ivante du procédé selon l'invention consiste à effectuer, sur la région du mannequin M équipée de capteurs C et du dispositif de protection étalon E, des séries de tirs avec des éléments perforants tels que des munitions B, létales ou non - des munitions non létales de type balles de défense, peuvent être par exem ple en caoutchouc ou en plastique - chaque série de tirs étant réalisée dans des conditions particulières qui sont explicitées ci-après.
Les séries de tirs sont préférablement réalisées sur un mannequin M assis ou debout. Afin que les mesures cinématiques prélevées par les capteurs C soient plus réalistes, il est préférable de maintenir le mannequin M en position debout et de le lâcher au moment du tir pour que, sous la puissance de tir, le mannequin M subisse des contraintes similaires et soit déplacé de la même manière qu'un être humain.
On peut par exemple fixer un casque relié par un fil à un point fixe sur la tête du mannequin M, que l'on libère au moment du tir pour lâcher le mannequin M. Avantageusement, la liaison entre le casque et le point fixe s'effectue au moyen d'un électroaimant que l'on peut sélectivement activer et désactiver avec réaction rapide par une commande électrique appropriée.
A l' issue de ces ti rs , les capteu rs C m esurent des grandeurs cinématiques parmi les grandeurs mentionnées ci-avant, ces mesures sont alors enregistrées.
Si une série de tirs est réalisée sur le thorax du mannequin M, elle peut consister par exemple en une série de six tirs de munitions, chacune des munitions étant tirée dans six zones à risques de la cage thoracique à l'endroit défini du cœur, du poumon droit (haut et bas), du poumon gauche (haut et bas) et du sternum. Cette série peut éventuellement être répétée sur un nouvel équipement identique, pou r q ue les ti rs déj à effectués ne perturbent pas les nouvelles mesures. Outre les étapes ci-avant, on met en place un bloc de matériau à déformation plastique PL, sur lequel on attache un dispositif de protection étalon E ayant les mêmes caractéristiques que celui sur lequel ont été effectuées les séries de tirs.
Le bloc de matériau à déformation plastique PL peut par exemple être un bloc de Plastiline® PL de caractéristiques contrôlées, en particulier sa masse, sa température, sa dureté et sa composition. Ces caractéristiques peuvent être conformes à une norme d'un pays donné, les normes variant selon les pays, il n'existe en effet pas d'unique norme concernant la Plastiline®
Les blocs de Plastiline® PL conventionnellement utilisés pèsent en général 80kg et sont utilisés à une température de 20°C.
Dans le cas où la région du mannequin M sur laquelle on a effectué les séries de tirs est le thorax, le bloc de matériau à déformation plastique PL peut en outre présenter une courbure similaire, et de préférence la plus proche possible, de la courbure naturelle d'un torse d'être humain Cela permet d'améliorer et de faciliter la qualité de la correspondance entre les mesures prises sur le mannequin M et les mesures prises sur le matériau à déformation plastique PL.
Dans ce cas, on utilisera de préférence une Plastiline® Herbin Sueur
40, les autres blocs de Plastiline® étant généralement préformés dans un bac de forme cubique (comme par exemple la Plastiline® ROMA n°1 ).
Afin de réaliser les essais, on attache de préférence au bloc de matériau à déformation plastique PL les parties correspondant au dos et au plastron du dispositif de protection étalon E afin d'enregistrer les résultats les plus proches possible de la réalité, le reste du dispositif n'étant pas nécessaire.
En variante, dans le cas d'un bloc de Plastiline® PL ne présentant pas une courbure similaire à celle du torse, les essais sont réalisés de préférence en plaçant successivement le plastron et le dos de l'équipem ent de protection E sur le bloc de Plastiline PL, par exemple grâce à des élastiques comme décrit dans la norme NIJ010106.
En référence à la figure 2, on réalise ensuite sur cet ensemble une ou plusieurs séries de tirs identiques à celles réalisées sur le mannequin M (même zone de tir, même distance, etc.).
Les éléments perforants utilisés laissent sur le bloc de matériau à déformation plastique PL des empreintes liées à leurs impacts. On mesure alors certaines caractéristiques de ces empreintes, notamment leur profondeur, conformément à la norme NU 0101 .06, et leur diamètre (paramètre qui n'est pas indiqué dans la norme NU 0101 .06), ce qui permet d'obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants sur le bloc de matériau à déformation plastique PL.
Une étape suivante du procédé selon l'invention consiste alors à confronter les séries de mesures de déformations dans le bloc de matériau à déformation plastique PL, aux données cinématiques et énergétiques obtenues avec le mannequi n M respectivement pour les différentes protections étalon E, pour en déduire des données de conversion, grâce à une correspondance entre ces deux types de séries de mesures.
C haque série de tirs est réal isée avec un grand nom bre de paramètres constants et soigneusement contrôlés afin que les données de conversion soient les plus fiables et les plus précises possibles.
Des paramètres tels que la température et le taux d'humidité dans l'air ambiant sont de préférence contrôlés lors des essais.
En outre, pour une confrontation donnée entre deux séries de tirs équivalentes, les séries de tirs sont réalisées avec certains paramètres constants tels que : le type de la munition (à savoir son calibre, sa nature, sa charge (poids, forme, composition, etc.), sa vitesse de tir), la zone Z du mannequin M sur laquelle le tir a été effectué, la distance de tir par rapport au mannequin M et au bloc de matériau à déformation plastique PL. Par ai lleurs, la série de tirs comprend préférablement un ti r de munition par zone Z (avantageusement par zone à risque), dans un ordre déterminé.
De préférence, les tirs sont d'une part effectués aux mêmes endroits de l'équipement du matériau à déformation plastique PL et du mannequin M, et d'autre part dans le même ordre. Cela permet de pouvoir transposer exactement les résultats obtenus sur le mannequin M et ceux obtenus sur le bloc de matériau à déformation plastique PL.
Typiquement, si l'étape de tirs sur le thorax du mannequin M consiste à tirer une munition dans un équipement étalon au niveau de chaque zone à risque Z ( par exemple pour la cage thoracique : cœur, poumon gauche - parties haute et basse, poumon droit - parties haute et basse, sternum), alors au moment d'effectuer la série de tirs analogue dans le bloc de matériau à déformation plastique PL, les six tirs doivent être réalisés exactement aux mêmes endroits du plastron de l'équipement étalon, correspondants auxdites zones à risques Z.
Afin de garantir que les zones Z dans lesquelles sont réalisés les tirs correspondent bien aux zones à risques Z du mannequin M, on peut par exemple s'aider d'un gabarit G, sur lequel figurent les emplacements exacts desdites zones Z. Ce gabarit G peut être placé par exemple sur l'équipement de protection étalon E avant les tirs sur le mannequin M, puis récupéré) pour être placé sur l'équipement de protection étalon E pour repérer précisément les zones correspondantes dans lesquelles tirer sur le bloc PL. En variante, le gabarit n'est pas récupéré mais remplacé par un gabarit identique sur lequel on aura préalablement repéré les impacts de munitions tirées sur le mannequin M.
Bien sûr, la taille de l'équipement de protection E (et donc du plastron) est très importante aussi pour la fiabilité des mesures, puisque sur un équipement de protection de petite taille, un organe vital comme le cœur se trouve plus près d'un bord de l'équipement et s'en trouve donc moins bien protégé puisqu'il comporte moins de surface balistique qu'un équipement de plus grande taille.
Par conséquent, les tests sur mannequin M ou sur matériau à déformation plastique PL sont aussi réalisés sur des équipements de protection E de même taille pour l'établissement d'un jeu de données de conversion. Il faut alors réaliser des séries de tirs différentes pour des tailles d'équipements de protection E différents, par exemple pour tester des équipements pour homme ou pour femme, de tailles S, M, L, XL ou XXL.
En outre, dans les essais sur le mannequin M comme dans les essais sur le bloc à déformation plastique PL, les tests sont réalisés ici conformément à la norme américaine NU 0101.06.
Ainsi, au cours d'une série de tirs, chaque impact de munition doit se trouver à une distance minimum (typiquement 7.6 cm) des bords du plastron de l'équipement de protection E, et à une distance minimum (typiquement de 5.1 cm) respectivement d'un autre impact de munition, pour éviter tout effet de bord.
Le choix des munitions est également très important. Comme on l'a dit, chaque série de tirs est réalisée avec des munitions de calibre, de masse, de charge, de nature, de forme, de composition, et de vitesse constants, qui sont de préférence conformes aux types de munitions mentionnés dans la norme américaine NU 0101 .06.
La masse d'une munition comprend, en plus de la masse de la balle tirée, la masse de la poudre, ce qui influe directement sur la vitesse de la balle tirée. Cela signifie qu'une masse donnée de munition correspond à une vitesse donnée de balle en sortie de l'arme, et qu'en augmentant la quantité de poudre dans une munition on peut conférer à la balle tirée une vitesse, et donc une énergie cinétique, bien plus importantes.
D'une façon générale, la norme précitée impose l'utilisation de munitions dont les caractéristiques sont parfaitement définies et peuvent se résumer en vitesse et en nature. S'il est nécessaire de tester l'équipement de protection E pour une munition non décrite dans la norme, il faut alors mesurer sa vitesse et définir son poids, et réaliser l'ensemble des tirs sur le bloc de matériau à déformation plastique PL et sur le mannequin avec cette munition.
Or, à masse fixe, de nombreux paramètres peuvent faire varier la vitesse de la munition en sortie du canon, par exemple l'état de l'affût de l'arme, les frottements, la nature de la munition etc.
Pour pallier cet inconvénient, la norme américaine NU 0101 .06 impose par exemple une vitesse de munition précise, avec une tolérance de plus ou moins 9.1 m/s.
Par conséquent, lors des tests, chaque munition tirée pouvant avoir une vitesse différente de la précédente (mais toujours comprise dans la tolérance autorisée par la norme), on peut réaliser chaque série de tests plusieurs fois, par exemple une dizaine de fois, afin d'avoir un échantillon statistique représentatif permettant de réaliser les corrélations les plus précises possibles.
Ceci permet également de détecter immédiatement un résultat aberrant au moment de l'utilisation de ces données de corrélation.
Lors de l'étape consistant à tirer sur le mannequin M, comme lors de l'étape consistant à tirer sur le bloc de matériau à déformation plastique PL, on mesure donc en outre au moins l'une des vitesses parm i le groupe suivant : vitesse de la munition en sortie de tir (c'est-à-dire en sortie du canon de l'arme utilisée), vitesse de la munition à l'arrivée sur le mannequin M et sur le bloc de matériau PL, vitesse de la munition avant l'impact, par exemple à une distance prédéterminée du mannequin M ou du bloc de matériau PL le cas échéant (typiquement à 2.50m).
Pour des équipements de protection traditionnels uniquem ent constitués de fibres balistiques, les munitions utilisées appartiennent aux classes MA à NIA de la norme américaine NU 0101 .06, ce qui correspond à des calibres faibles à forts (armes de poing), par exemple du 40S&W FMJ au 44Magnum SJHP. Pour des munitions de calibres plus importants, par exemple des munitions entrant dans la classe I II ou IV, les équipements de protection étalons utilisés sont équipés d'un blindage supplémentaire, afin d'arrêter les munitions. En effet, seule la présence d'un tel blindage permet l'arrêt de calibres d'une telle nature.
Le blindage est constitué d'une plaque de blindage BL, par exemple en céramique de type carbure de bore, de silicium , d'alum ine, ou en polyéthylène haute densité, cette plaque de blindage BL étant placée sur le devant de l'équipement de protection, par exemple le plastron, à l'intérieur d'une poche P prévue à cet effet, comme illustré en figures 4a et 4b.
Avec ces équipements on réalise des essais avec des munitions telles que définies par exemple dans la norme N IJ01 01 .06 de niveau I I I et IV, correspondant à de gros calibres, conformément aux étapes décrites précédemment pour les classes MA, II, NIA (petits à forts calibres), et obtenir également des données de corrélation pour ces calibres.
Il est également possible de réaliser pour ces équipements des essais avec certaines munitions différentes de celles qui sont indiquées dans la norme, comme par exemple des munitions de calibre 12 BRENNEKE.
Il existe aussi des plaques adaptées pour être enfilées directement (sans autre équipement de protection) et pouvant être retenues par un harnais (plaques stand-alone en langage anglo-saxon), un exemple d'une telle plaque étant représenté en figures 5a et 5b. Il s'agit de plaques de blindage analogues aux précédentes, mais intégrant également une couche d'amortissement A (par exemple constituée de mousse, aram ide ou tout autre matériau susceptible de constituer un amortisseur efficace) sur l'arrière du blindage adaptée pour assurer l'amortissement des balles.
Ces plaques permettent également d'assurer une protection vis-à-vis des munitions appartenant aux classes III ou IV. Cependant, en cas d'impact de munition, la réaction d'une telle plaque est différente de la réaction d'un équipement de protection comprenant une plaque de blindage traditionnelle. En effet, les plaques stand-alone n'étant attachées que par des harnais, elles sont beaucoup plus mobiles et moins stabilisées que des équ i pem ents de protection contenant une plaque de bl i ndage. En conséquence, le procédé selon l'invention prévoit également de réaliser des séries de tests sur de telles plaques pour obtenir des données de conversion spécifiques à celles-ci.
A partir des données de conversion obtenues grâce au procédé selon l'invention, et puisque les tests réalisés sur le mannequin M permettent de déduire certaines informations traumatologiques, il est également possible d'établir une corrélation entre les impacts des éléments perforants sur le bloc de matériau à déformation plastique PL et les risques traumatologiques occasionnés par lesdits éléments perforants.
En particulier, com pte tenu des caractéristiques structurelles du mannequin M évoquées ci-avant, il est possible de déterminer, pour des tirs réalisés au niveau du thorax, des risques d'enfoncement ou de fractures de côtes, ou des risques de perforations d'organes, et pour des tirs réalisés au niveau du dos, des risques pour la colonne vertébrale tels que des risques de fracture ou d'atteinte de la moelle épinière, à partir de données issues de l'expérience et associant la traumatologie à des valeurs notamment d'accélération, de force et de moment.
Dans tous les cas, il est possible d'évaluer avec ces mesures la probabilité qu'a un être humain touché par une munition donnée, avec un équipement de protection donné, d'être en mesure de riposter ou non.
Ces corrélations peuvent par exemple, mais de manière non limitative, prendre la forme d'abaques ou de tableaux de valeurs stockés dans la mémoire d'un calculateur. Un logiciel de conversion automatique peut par ailleurs être développé à partir de ces corrélations. Ces corrélations sont spécifiques à l'ensemble des paramètres choisis au moment des séries de tirs, c'est-à-dire à calibre fixé, masse de munition fixée, distance de tir fixée, zone de tir fixée, vitesse de tir fixée, etc. On répète les étapes susmentionnées avec des dispositifs de protection étalons E de différentes tailles parmi le groupe S, M, L, XL ou XXL, pour homme ou pour femme, ou comportant par exemple un nombre différent de feuilles de fibres balistiques, à titre d'exemple non limitatif, conformément au tableau ci-dessous :
On peut également enrichir les données de conversion en répétant les étapes susmentionnées en faisant varier chacun des différents paramètres fixés à chaque série de tirs, c'est-à-dire le calibre des munitions, la distance de tir, la masse des munitions et la vitesse de tir des munitions, ces deux derniers paramètres étant modifiés de manière corrélée pour faire varier l'énergie cinétique de la munition en sortie de l'arme, cette énergie étant définie par la formule
Ec = - mV2,
2
avec Ec l'énergie cinétique de la munition,
m la masse de la munition et
V la vitesse de tir de la munition.
Une fois cette correspondance établie, il est ensuite possible de réaliser un procédé d'essai d'un équipement de protection développé par un industriel.
Pour ce faire, l' industriel confie à un laboratoire de tir agréé l'équipement de protection à tester. Le laboratoire d'essais, qui peut se procurer facilement un bloc de matériau à déformation plastique PL de type Plastiline®, peut mettre en place un tel bloc, et l'équiper de l'équipement de protection à tester.
P u is , i l app l iq ue su r cet ensem ble une série de ti rs selon des conditions déterminées (distance, zones Z correspondant aux zones du mannequin (le cas échéant à l'aide du gabarit G), etc.), et avec un type de munition présentant un intérêt pour l'industriel et correspondant au type d'équipement testé.
Les déformations du bloc de matériau à déformation plastique PL (profondeur et diamètre) sont ensuite mesurées et confrontées aux données de conversion obtenues au cours du procédé décrit ci-avant.
Grâce à l'exploitation des données de conversion , on dédu it les grandeurs cinématiques correspondantes résultant de l'application de la même série de tirs sur un mannequin M. Avantageusement, on peut également en déduire, grâce à l' interprétation préalable de ces grandeurs cinématiques en termes de traumatologie ou de probabilité de riposter, un degré de protection de l'équipement de protection testé.
Si les munitions utilisées ne correspondent par à des munitions pour lesquelles on a déterm iné les données de conversion, il est possible de déduire par extrapolation des données de conversion préétablies, les résultats correspondant à ces munitions.
Ceci permet donc, en ne réalisant des tests que sur un bloc de matériau à déformation plastique PL, de pouvoir déduire g râce à la corrélation mentionnée précédemment les résultats équivalents qui auraient été obtenus en réalisant les tests sur un mannequin M.
Ce dernier aspect de l' invention permet à l' industriel, à l'acheteur public, ou à tout autre responsable du secteur de mesurer à moindre coût en termes de traumatologie l'efficacité de la protection d'un équipement de protection donné. En outre, puisque le présent procédé d'essai d'un équipement de protection permet d'évaluer certains risques traumatologiques, cela permet de faciliter l'orientation des recherches pour l'amélioration des équipements de protection.
Enfin, si le degré de protection évalué pour un équipement de protection testé grâce au procédé d'essai décrit ci-avant n'est pas conforme au niveau requis par une norme donnée ou un donneur d'ordre (acheteur public, programme, etc.), l'équipement de protection peut être modifié ou, s'il s'agit d'un prototype, sa conception peut être com plétée avant d'être réessayé selon le même procédé.
Ainsi, on peut itérer le procédé d'essai d'un prototype autant de fois que nécessaire pour obtenir un équipement de protection présentant un degré de protection conforme aux exigences.
Avantageusement, on peut effectuer une étape supplémentaire de détermination des risques traumatologiques associés au degré de protection de l'équipement de protection ainsi conçu.
Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus et représentée sur les dessins, mais l'homme du métier saura y apporter de nombreuses variantes et modifications.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de conversion de mesures de déformation plastique dans un bloc de matériau à déformation plastique (PL) en des données cinématiques et énergétiques sur un mannequin (M) en vue de la conception d'équipements de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou les forces armées, comprenant les étapes suivantes :
(a) prévoir un mannequin (M) dont au moins une région est équipée de capteurs (C), un dispositif de protection étalon (E) étant placé sur ladite région,
(b) effectuer des séries de tirs d'éléments perforants dans des conditions fixées sur ladite région du mannequin (M),
(c) enregistrer des mesures cinématiques fournies à partir des capteurs (C) lors de ces séries de tirs,
(d) prévoir un bloc de matériau à déformation plastique (PL) équipé d'un dispositif de protection (E) identique à celui utilisé à l'étape (a),
(e) effectuer des séries de tirs identiques à celles de l'étape (b) sur le bloc de matériau,
(f) effectuer des mesures de déformations du bloc de matériau provoquées par les impacts de ces séries de tirs,
(g) répéter les étapes (a) à (f) avec des dispositifs de protection étalons (E) de caractéristiques différentes, et
(h) à partir des mesures cinématiques fournies par les capteurs (C) et des mesures de déformations observées sur le bloc de matériau pour des tirs identiques et avec les différents dispositifs de protection étalons (E), élaborer des données de conversion.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel chaque dispositif de protection (E) comprend un nombre défini de feuilles de fibres balistiques
(F).
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel on contrôle l'un au moins des paramètres du groupe suivant du bloc de matériau à déformation plastique (PL): température, masse, composition et dureté du bloc
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le bloc de matériau à déformation plastique (PL) est un bloc de Plastiline® (PL).
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'un au moins des paramètres de l'air am biant parm i le groupe suivant est contrôlé : température de l'air, taux d'humidité dans l'air.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, au cours d'une série de tirs, plusieurs munitions (B) de même calibre et de même masse sont tirées dans la région du mannequin (M) équipée de capteurs (C).
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la région du mannequin (M) est l'une des régions du groupe suivant : la tête, le thorax, le bassin, le dos, le cou, le bas-ventre.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel la région du mannequin (M) équipée de capteurs (C) est le thorax, et le bloc de matériau à déformation plastique présente une courbure analogue à celle d'un thorax humain.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel on tire dans une pluralité de zones à risques (Z).
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel les zones à risque (Z) sont l'une au moins des zones suivantes : cœur, partie haute et/ou basse du poumon droit, partie haute et/ou basse du poum on gauche, sternum, côte haute, côte basse, pancréas, colonne vertébrale, rate, rein.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications 9 et 10, dans lequel, au cours d'une série de tirs, on tire une fois dans chaque zone à risques (Z).
12. Procédé selon l'une des revendications 9 à 1 1 , dans lequel, au cours d'une série de tirs, on tire dans les zones à risque (Z) dans un ordre déterminé.
13. Procédé selon l'une des revendications 9 à 12, dans lequel on tire dans les mêmes zones (Z) de l'équipement de protection aux étapes (b) et (e).
14. Procédé selon la revendication 1 3, dans lequel, au cours de l'étape (e), les zones (Z) sont identifiées au moyen d'un gabarit (G) disposé sur l'équipement de protection.
15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, dans lequel le mannequin (M) est debout et maintenu par suspension au moment du tir, la suspension étant libérée immédiatement avant l'impact des tirs.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel les mesures cinématiques fournies par les capteurs comprennent l'un au moins des élém ents du groupe su ivant : une accélération long itudinale, une accélération verticale, une accélération transversale, la résultante d'un moment longitudinal, un moment vertical, un moment transversal , une déflexion de la surface du matériau, et dans lequel on peut en outre mesurer l'un au moins des éléments du groupe suivant : vitesse de la balle en sortie de tir, vitesse de la balle à l'arrivée sur le mannequin (M) ou sur le bloc de m atériau ( P L) , vitesse de la ba l le à une d istance prédéterm i née du mannequin (M) ou du bloc de matériau à déformation plastique (PL) le cas échéant.
17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, dans lequel les mesures de déformation d u m atériau à déform ation p lastiq ue ( P L) comprennent l'un au moins des éléments du groupe suivant : une profondeur et un diamètre.
18. Procédé selon la revendication 1 7, dans lequel les munitions (B) sont de gros calibres, les équipements de protection utilisés comportant alors un blindage (BL).
19. P rocédé l' une des revend ications 1 à 1 8, dans lequel on élabore des données de conversion spécifiques à un type de munition.
20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, dans lequel on élabore des données de conversion spécifiques à une taille d'équipement de protection.
21 . Procédé selon l'une des revendications 1 à 20, dans lequel chaque série de tirs est réalisée à des distances différentes du mannequin (M) et/ou du bloc à déformation plastique (PL).
22. Procédé d'essai d'un équipement de protection vis-à-vis d'éléments perforants tels que des m unitions ou des arm es blanches perforantes pour l'être humain comprenant les étapes suivantes :
- prévoir un bloc de matériau à déformation plastique (PL),
- équiper le bloc avec l'équipement de protection (E) à tester, - appliquer des éléments perforants selon une série d'énergies et de cinématiques déterminées sur l'équipement de protection (E),
- mesurer des dimensions de l'impact des éléments perforants dans le bloc de matériau à déformation plastique (PL), et obtenir une série de mesures de paramètres mécaniques résultant de l'action des éléments perforants, et
- convertir la série de mesures à l'aide des données de conversion obtenues par le procédé de l'une des revendications 1 à 20 de manière à en déduire les paramètres mécaniques correspondants résultant de l'action des éléments perforants sur un mannequin (M).
23. Procédé d'essai selon la revendication 22, comprenant en outre une étape de détermination de risques traum atolog iques à partir des données de conversion.
24. Procédé de conception d' un équipement de protection des personnes telles que les forces de l'ordre et/ou des forces armées contre l'action d'éléments perforants tels que des munitions ou des armes blanches perforantes, comprenant les étapes suivantes :
- réaliser le procédé d'essai d'un équipement de protection selon l'une des revendications 22 ou 23 sur un prototype d'équipement de protection,
- déduire de l'étape précédente un degré de protection assuré par le prototype d'équipement de protection,
- en fonction des exigences req u ises concernant le deg ré de protection de l'équipement à concevoir, modifier des caractéristiques du prototype,
- réitérer les étapes précédentes jusqu'à obteni r u n d eg ré d e protection conforme aux exigences requises.
25. Procédé de conception selon la revendication 24, comprenant en outre une étape de détermination des risques traumatologiques associés au degré de protection du prototype ainsi conçu.
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