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LA BALISTIQUE LESIONNELLE

J.J. Dorrzapf

 

Sommaire :

Définition
La balistique lésionnelle : science multidisciplinaire

Les domaines d'applications de la balistique lésionnelle
Les moyens expérimentaux de la balistique lésionnelle
   - Les matériaux biologiques
   - Les matériaux de référence
L'étude des lésions : le profil lésionnel
La simulation numérique

-> Comportement dynamique des projectiles ordinaires des AK 47 et AK 74(comparatif avec la .308 et la 5,56)

 

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I - DEFINITION

 

La balistique lésionnelle est l'étude de l'interaction projectile / tissus vivants (I.P.V.).

Si le terme " balistique lésionnelle " est récent, l'observation des plaies par balles et les tentatives de compréhension des mécanismes les ayant générées sont anciennes. On peut faire remonter les premières observations scientifiques à Ambroise PARE.
Pour plus d'informations sur le passé de la balistique lésionnelle, on consultera à la rubrique " historique ".

La balistique lésionnelle a vu son rôle s'affirmer au fur et à mesure que la protection de l'homme contre les armes à feu et que la maîtrise des gestes thérapeutiques destinés à soigner ses blessures devenaient plus pressantes.

Discipline encore essentiellement expérimentale, la balistique lésionnelle fait appel à divers domaines des sciences et des techniques.

 

 

II - CARACTERE MULTIDISCIPLINAIRE DE LA B.L

 

La maîtrise de la balistique lésionnelle nécessite des connaissances dans plusieurs branches des sciences et techniques. On peut schématiser leurs interconnexions de la façon suivante :

 


BIOLOGIE - BIOMECANIQUE

La biomécanique des tissus vivants est déjà bien avancée. Le domaine des chocs rapides propres aux impacts par projectiles est toujours en phase d'exploration.
L'histologie présente un grand intérêt pour l'étude des lésions non observables macroscopiquement.

B. L.
                               

                   

 

MEDECINE

La médecine est une des disciplines qui interagit le plus avec la B.L. Toutes deux en tirent de grands profits. L'évaluation de la gravité des lésions, en particulier dans le secteur des armes à létalité reduite (A.L.R.) et leurs conséquences à court et à long terme ne peut se faire qu'en présence de spécialistes du milieu médical.

PHYSIQUE & BALISTIQUE

La physique, qui englobe la mécanique et la balistique, est indispensable à la compréhension des phénomènes générateurs des lésions dues aux projectiles.
Toute tentative d'interprétation des blessures constatées sans s'appuyer sur les lois de la physique nous entraînera sur des chemins hasardeux.
 

 

Il est impossible d'être spécialiste dans chacun de ces domaines scientifiques. Les expérimentations en B.L. imposent donc un travail en équipe au sein de laquelle chaque spécialiste, possédant une base culturelle commune à tous ses collègues, apportera sa propre compétence.

 

III - LES DOMAINES D'APPLICATIONS DE LA B.L

 

Les domaines d'applications de la B.L. sont multiples. Les principaux peuvent se résumer de la manière suivante :

 

AGRESSIONS
URGENCE ET
ATTITUDE THERAPEUTIQUE

Soins aux blessés
PROTECTION
Protections balistiques
E ffets traumatiques arrières
Pare coups et armes blanches
EXPERTISES BALISTIQUES
Sciences médico légales
Potentiel lésionnel des armes
Protection

 

IV - LES MOYENS EXPERIMENTAUX DE LA BALISTIQUE LESIONNELLE

 

IV - 1 - Les matériaux biologiques

Les expérimentations en balistique lésionnelle nécessitent l'utilisation de matériaux biologiques.
L'expérimentation animale, réalisée sous contrôle de comités d'éthique, permet de mettre en évidence des phénomènes physiologiques tels que : hémorragies, oedèmes, emphysèmes, états de choc qui ne peuvent bien évidemment pas être observés sur des matériaux inertes.
Ces observations sont absolument indispensables à l'étude et au développement des protections balistiques, en particulier pour apprécier l'importance des effets traumatiques arrières dus à l'impulsion du projectile qui déforme la protection.
L'évaluation des A.L.R. à effets cinétiques demande également de visualiser l'existence ou non de lésions d'organes profonds et sous-jacents à la zone d'impact ainsi que les conséquences physiologiques de leurs actions.

L'épidémiologie fait également partie des moyens d'obtenir des informations sur les lésions par balles.
On peut seulement déplorer, dans ce cas, la non connaissance des conditions initiales (vitesse du projectile, obliquité, angle d'incidence, etc.) lors de l'impact.
L'épidémiologie est cependant un très bon complément à l'expérimentation en laboratoire.

 

IV - 2 - Les matériaux de référence

Autrefois appelés improprement " simulants ", ils sont considérés maintenant comme des " matériaux de référence ". Ils ont des caractéristiques mécaniques plus proches des tissus biologiques que leurs prédécesseurs : savon, argile, " plastiline ". Ces derniers matériaux étaient très utilisés car, aisés à obtenir et de prix modéré, ils gardaient, de par leurs plasticités, les déformations (cavités) produites par le passage des projectiles.
Le principal problème était que ces cavités, parfois impressionnantes, représentaient uniquement l'action de ces projectiles dans les matériaux considérés dont les caractéristiques mécaniques sont très éloignées de celles des tissus vivants. Les diverses études en balistique lésionnelle ont rapidement montré leurs limites.
Ces matériaux ne sont cependant pas à rejeter systématiquement. La " plastiline ", en particulier, est encore utilisée, faute de mieux, lors des tests sur les protections balistiques souples afin de vérifier leurs correspondances avec des normes relatives aux enfoncements arrières qui avaient été établies par rapport à ce matériau. Ces méthodes de tests s'avèrent néanmoins dépassées et l'on utilise maintenant de nouveaux produits dont les caractéristiques mécaniques sont bien plus proches de certains tissus vivants.

Actuellement, le matériau le plus utilisé par les laboratoires de balistiques est la gélatine à une concentration de 10 ou 20 % (tout dépend du protocole de test adopté) à une température de 5 degrés C.

La gélatine est un matériau organique (une protéine) fabriqué à partir du collagène des os et de la peau animale. C'est un matériau élastique qui donne de bonnes indications sur le comportement des projectiles dans certains tissus organiques. La gélatine à 10 % de concentration et à 5 degrés C présente, en l'occurrence, une bonne similitude avec le tissu musculaire au repos au sens des distances de pénétration.
En se gardant de toute comparaison directe et trop hâtive, l'étude des comportements des projectiles dans ce matériau permet de les extrapoler aux tissus vivants et d'avoir une bonne idée des lésions que l'on obtiendrait sur ces derniers.
La gélatine est également utilisée pour mesurer le cône dynamique d'enfoncement sur les protections balistiques individuelles (effets arrières). Ces mesures nécessitent l'utilisation de moyens de visualisation à très haute vitesse (#30000 images/secondes) lourds d'emploi et onéreux. C'est une des raisons pour lesquelles certains laboratoires hésitent à abandonner la " plastiline "pour ce genre de tests. En effet, ce matériau, plastique, garde la forme de l'enfoncement que l'on peut mesurer aisément après le tir. L'extrapolation aux effets arrières sur un corps humain et aux organes atteints est une gageure compte tenu de la divergence de leurs caractéristiques mécaniques mais permet cependant une approche.

Comme on vient de le décrire ci-dessus, la gélatine est utilisée pour étudier le comportement des projectiles selon deux modes d'actions :
- mode contondant : A.L.R., effets arrières...
- mode pénétrant ou transfixiant : études des traces laissées par le projectile durant son passage (profil lésionnel).

 

V - LE PROFIL LÉSIONNEL

La notion de profil lésionnel est en quelque sorte la pierre angulaire de la balistique lésionnelle. Il caractérise l'interaction du projectile avec le matériau qu'il traverse, la nature et l'importance des lésions sur tissus biologiques.
La forme et les dimensions de ce profil lésionnel dépendent des caractéristiques mécaniques du milieu traversé, de celles du projectile, de la manière dont ce dernier se comporte : fragmentation, expansion, déstabilisation, bascule etc. Tous ces paramètres dépendent également de la vitesse du projectile lors de l'impact  ainsi que de son obliquité.

On trouvera ci dessous le schéma d'un profil lésionnel type dont on peut lier le volume, donc le travail mécanique nécessaire à sa formation, à l'énergie cinétique du projectile

profil_lesion

A : trajet proximal (neck en anglais)
B : zone de bascule, d'expansion etc. (selon le type de projectile)
C : trajet distal
1 : cavité permanente
2 : cavité temporaire

 

Animation montrant le mécanisme de création d'un profil lésionnel

 

 

 

L'analyse du profil lésionnel dans la gélatine peut s'effectuer soit en mode statique, après le tir :

 

Profil_AK_74_Gel

AK 74. V = 892 m/s.
Gélatine à 10 %, T = 5° C.

 

soit en mode dynamique pendant le tir :

Vidéo rapide d'un tir d'AK 74 (5,45 mm x 39) sur un bloc de gélatine à 10% et 5° C.
Dimensions du bloc : 25 x 25 x 25 cm.Vitesse du projectile : 892 m/s

 

VI - LA SIMULATION NUMERIQUE.

 

VI - 1 - Position du problème

L'ordinateur peut-il apporter l'espoir de s'affranchir un jour des méthodes expérimentales actuelles ?

Pour l'instant, il est clair que l'informatique n'est pas d'un grand secours pour prévoir le potentiel lésionnel d'un projectile tiré par une arme à feu classique ou à létalité réduite ou encore l'intensité d'un traumatisme en arrière d'un gilet pare balles atteint par un projectile.

En effet, si l'on considère la question suivante concernant, par exemple les A.L.R. : soit une balle en caoutchouc mousse de telles dureté et masse, de tel calibre lancée à telle vitesse dans une région thoracique donnée. Je souhaite savoir si je vais avoir une ou des fractures de côtes et de quel type ? Si l'impact risque de provoquer une perforation de la plèvre entraînant un pneumothorax voire un hémo-pneumothorax ? Si une contusion pulmonaire sera présente et de quelle importance. Quid d'une hémorragie, d'un oedème et/ou d'un emphysème et de la survenue éventuelle d'un état de choc ?
On pourrait poser la même question concernant un impact en région hépatique, splénique (région de la rate). Pas plus de réponse pour le crâne : fractures ou pas ; avec embarrure ou non présence de lésions de l'encéphale ?

Actuellement, aucun ordinateur et aucune société créant des moteurs de calculs n'ont pu répondre à ces questions, somme toute relativement simples dans leurs énoncés, et auxquelles il faut bien répondre avant de mettre un matériel en service. Toutefois, s'il existe une entreprise capable d'y répondre précisément, nous serions heureux qu'elle nous contacte.
Pourtant, on sait simuler des impacts sur des matériaux, des blindages, des déformations de structures complexes. Alors pourquoi pas le corps humain ?
La raison en est simple.

 

V - 2 - La simulation numérique aujourd'hui

La simulation numérique utilise une méthode de calcul par éléments finis. C'est à dire que si l'on souhaite connaître, par exemple, le comportant d'une structure face à un impact, on va décomposer cette structure en tout petits éléments. On va prendre un de ces éléments et on va le soumettre à une déformation dont la vitesse sera équivalente à celle de la sollicitation mécanique due au projectile. On définit ainsi la loi de comportement de cet élément et, dans le même temps, celle de tous les autres éléments de la structure. On pourra, de cette manière, prévoir la déformation de la structure soumise à la sollicitation. Le problème est que cette méthode ne s'applique qu'aux structures homogènes, puisque l'on considère que tous les éléments de la structure sont identiques à celui dont on vient de définir la loi de comportement.
De la qualité du maillage générant les voxels (éléments de volume) dépend la qualité de la simulation. L'inhomogénéité du corps humain demande une grande précision de maillage.

La tâche n'est pas aisée, mais les progrès accomplis dans ce domaine sont immenses et les résultats s'améliorent de jours en jours.

 

V - 3 - L'avenir de la simulation

Il est évident que l'augmentation constante de la puissance de calcul permettra d'utiliser de plus en plus la simulation qui pourra prédire avec une précision sans cesse croissante les conséquences d'un impact contondant ou transfixiant. La simulation numérique occupera une place prépondérante en balistique lésionnelle et l'expérimentation verra son rôle limité, à certaines phases de l'étude et si nécessaire, à valider les résultats du calcul numérique.

 

VI - CONCLUSION

 

Cette rapide présentation de la balistique lésionnelle a montré, nous l'espérons, que cette discipline utilise des méthodes scientifiques, parfois parmi les plus modernes. Elle est en constante évolution. Les expérimentateurs oeuvrant dans ce domaine doivent faire preuve d'ouverture d'esprit et de la capacité de se remettre constamment en question ; avancer des conclusions uniquement en les étayant sur des faits avérés, vérifiés et scientifiquement établis à l'aide, notamment, des moyens fournis par les méthodes de la mesure physique et du calcul numérique.
Cette indispensable démarche scientifique évite les spéculations infondées, les déductions fantaisistes et l'acceptation de théories erronées.

 

 

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