Pratiques et respectueux de l'environnement, les e-scooters offrent une grande flexibilité. Il n'est pas étonnant que de plus en plus de personnes utilisent ce moyen de transport. Cependant, cette montée en popularité s'est accompagnée d'une augmentation des accidents entraînant des blessures graves.

Le risque associé à ces runabouts rapides est largement sous-estimé. En réponse à cela, les chercheurs de Fraunhofer ont étudié un scénario d'accident typique et les blessures associées dans le cadre du projet HUMAD. Les experts ont également testé de nouveaux matériaux pour les casques et les équipements de protection. Ceux-ci pourraient offrir une bien meilleure protection que les produits conventionnels.

L'avenir de la mobilité est déjà là :toute une gamme de nouveaux types de véhicules tels que les vélos électriques, les vélos cargo et les scooters électriques (également appelés e-scooters) filent dans nos villes. De nouvelles opportunités de mobilité à la fois flexible et respectueuse de l'environnement s'ouvrent, mais cela présente également de nouveaux dangers et risques pour la sécurité.

Les dangers associés aux e-scooters, ou "véhicules électriques légers personnels" comme on les appelle officiellement, sont assez clairs. Les chiffres de l'Office fédéral allemand de la statistique en sont la preuve concluante :en 2020, l'Allemagne a enregistré un total de 2 155 accidents impliquant des scooters électriques, au cours desquels cinq personnes sont décédées et 386 ont été grièvement blessées.

Dans 75 % des cas, le conducteur du scooter électrique était responsable de l'accident. Les accidents dans lesquels le conducteur a perdu le contrôle de son véhicule sont particulièrement fréquents. Les causes étaient souvent la vitesse ou la conduite dans la mauvaise direction. Dans de nombreux cas, l'alcool a joué un rôle.

Tests de collision et simulations

Dans le cadre du Projet de recherche HUMAD (Human Accident Dynamics).

L'objectif était d'étudier le déroulement d'accidents typiques, de déterminer le risque de blessure associé et, en même temps, d'évaluer l'adéquation des équipements de protection tels que les casques et les genouillères. Fraunhofer EMI était responsable des tests de collision, tandis que l'équipe de Fraunhofer IWM a analysé l'équipement de protection. Les deux instituts ont une vaste expérience dans la recherche sur les accidents.

Le Dr Matthias Boljen, responsable du groupe de recherche sur la dynamique du corps humain chez Fraunhofer EMI, et son équipe ont utilisé l'exemple d'une collision avec un trottoir pour se concentrer sur un type très courant d'accident de scooter électrique :la collision avec un seul véhicule (un accident non impliquant un autre usager de la route).

"Nous avons travaillé avec un mannequin de crash test, comme dans les crash tests menés dans l'industrie automobile. Le mannequin a été placé sur la réplique du modèle de scooter électrique et conduit contre un trottoir à des angles de 60° et 90° et à des vitesses de 10, 20 et 30 km/h », explique Boljen.

Au cours des tests, des caméras à haute vitesse ont montré comment le corps est catapulté dans les airs, survolant le guidon et projeté sur plusieurs mètres - en fonction de la vitesse d'impact - avant de s'écraser au sol. Les crash-tests ont démontré que des blessures graves, en particulier des blessures à la tête, peuvent survenir dans tous les scénarios testés. "C'était douloureux de regarder les vidéos pendant l'analyse", explique Boljen. Les genoux sont également à risque de blessure.

Différentes variables :vitesse et angle de collision

Parallèlement aux crash-tests, Boljen et son équipe ont également analysé le scénario de l'accident dans des simulations par éléments finis. Le scooter électrique et le conducteur ont été reproduits numériquement et les lois de conservation de la quantité de mouvement, de la masse et de l'énergie ainsi que les propriétés matérielles du véhicule et du modèle humain ont été définies. Dans l'analyse, le logiciel de simulation a montré quelles accélérations agissent sur la tête et les genoux.

Les experts ont ensuite utilisé ces valeurs pour déterminer la probabilité de certaines blessures survenant à ces parties du corps. "Les tests de collision avec le mannequin et les simulations numériques avec le modèle humain ont tous deux abouti à la même conclusion", explique Boljen. Même à une vitesse apparemment faible de seulement 10 km/h, une collision à un angle de 90° entraîne d'énormes accélérations de 170 g sur le corps humain.

Le port d'un casque et d'équipements de protection est donc fortement recommandé, car ils diminuent la probabilité de blessures graves. "Cependant, aucun casque ne peut empêcher les accélérations agissant sur la tête en cas de choc direct; ils ne peuvent en réduire que dans une certaine mesure certaines composantes. A proprement parler, le risque de traumatisme crânien existe que le conducteur porte un casque ou pas », explique Boljen.

Besoin de recherche sur les casques et les équipements de protection

Les chercheurs ont également découvert que la vitesse d'impact de la tête mesurée dans la simulation dépasse la vitesse d'impact maximale de 5,4 m/s stipulée dans la norme de test DIN EN 1078 pour la sécurité des casques de vélo. En d'autres termes, les casques de vélo et les équipements de protection conventionnels réduisent la gravité de l'impact, mais n'offrent pas une protection complète en cas de collision avec des objets durs.

C'est là que l'expertise des chercheurs de Fraunhofer IWM entre en jeu. Depuis plus de 50 ans, ils analysent les matériaux et évaluent leur adéquation à certaines applications. À cette fin, ils utilisent également des tests de collision et effectuent d'autres tests pour déterminer les effets mécaniques sur les matériaux. À HUMAD, ils ont étudié l'adéquation et l'effet protecteur des nouveaux matériaux.

Concepts de protection innovants basés sur la bionique

Le Dr Jörg Lienhard, responsable de la construction légère au sein de l'unité commerciale Sécurité des composants et construction légère, explique :« Les équipements de protection utilisent souvent des plastiques à structure en nid d'abeille. Nos tests en laboratoire ont montré que les matériaux à structure TPMS (surface minimale triplement périodique) offrait une bien meilleure protection contre les effets cinétiques." La structure TPMS se caractérise par des éléments répétitifs qui forment une structure ouverte "aérée".

Cette structure est particulièrement efficace pour répartir l'énergie cinétique des chocs sur toute la surface, réduisant ainsi la pression sur les zones d'impact. Le concept est issu de la bionique, s'inspirant de la nature. Par exemple, les exosquelettes de chitine des insectes ont ce type de structure.

Les casques TPMS et les équipements de protection pourraient être imprimés en 3D en utilisant toutes sortes de matériaux. Selon Lienhard, expert de Fraunhofer IWM, outre le procédé FDM (modélisation par dépôt de fusion) pour les thermoplastiques et la stéréolithographie conventionnelle, la méthode DLP (traitement numérique de la lumière) est particulièrement bien adaptée à la production à grande échelle de structures plastiques.

Elle est similaire à la stéréolithographie en ce sens que la pièce est construite couche par couche. En revanche, cependant, le DLP utilise la lumière UV générée par un projecteur, ce qui signifie que toute la couche peut être durcie en une seule fois. Plusieurs couches superposées donnent au matériau la forme et la structure souhaitées. Le matériau est durci par irradiation. Dans les zones non exposées, le matériau s'écoule simplement, laissant derrière lui des cavités caractéristiques des matériaux TPMS.

Les processus d'impression 3D sont très flexibles et permettent de produire individuellement des composants liés à la sécurité ou même des pièces de véhicule pour chaque application et son profil de risque typique. Avec DLP, c'est désormais possible à plus grande échelle.

Conclusion du projet HUMAD :grâce à leur faible encombrement et leur flexibilité, les e-scooters offrent une solution respectueuse de l'environnement pour la mobilité en milieu urbain. Cependant, il est important de les traiter comme vous le feriez pour une voiture, en conduisant de manière sûre et responsable. Un casque et un équipement de protection doivent toujours être portés dans la mesure du possible.

En ce qui concerne l'avenir de la mobilité urbaine, les chercheurs de Fraunhofer espèrent que des équipements de protection tels que des casques et des genouillères ainsi que des absorbeurs de collision légers spéciaux, spécialement conçus pour certains véhicules et scénarios d'application, seront mis à disposition.

Les experts de Fraunhofer planifient déjà la prochaine phase des tests de collision et des simulations. Ceux-ci étudieront également les mouvements réflexes du conducteur lors d'un accident et comment ceux-ci affectent le risque de blessure. + Explorer plus loin

L'étude des accidents de trottinette utilise des simulations pour suggérer aux conducteurs des moyens de réduire les lésions cérébrales