Casque de vélo imprimé en 3D conçu pour une protection supérieure
Des chercheurs développent une doublure de casque avec des métastructures auxétiques à contraction bilatérale
Le port du casque à vélo permet de réduire considérablement les risques de blessures à la tête. Une étude marquante estime même que le port du casque diminue de 60 % les blessures graves à la tête lors d’un accident. Si ce chiffre suffit à convaincre de son importance, il reste néanmoins des améliorations possibles pour rendre les casques encore plus efficaces. C’est dans cet esprit qu’une équipe de recherche internationale, regroupant des chercheurs de l’Université de Göteborg en Suède et de l’Université d’Ispahan en Iran, travaille à la mise au point d’un casque de vélo optimisé pour l’absorption des chocs grâce à une géométrie imprimée en 3D.
Leur casque augmente les performances d’absorption grâce à une structure appelée métastructure auxétique, et plus précisément une structure en nid d’abeilles rentrantes (re-entrant honeycomb). Cette géométrie est conçue pour se contracter dans deux directions à l’impact, ce qui limite la quantité de choc transmise à la tête du cycliste. Il s’agit d’une approche plus efficace que les doublures traditionnelles en mousse, qui se compressent simplement lors de l’impact pour dissiper l’énergie.
« Lors d’un impact, le matériau de la doublure se contracte, ce qui améliore l’absorption d’énergie et réduit les risques de blessure à la tête », explique Mohsen Mirkhalaf, professeur associé en mécanique des matériaux à l’Université de Göteborg.
« Nous avons utilisé une méthode d’optimisation de conception pour identifier la meilleure configuration géométrique capable de minimiser les forces d’impact. La géométrie de la structure est un facteur clé. »
La métastructure auxétique a été conçue numériquement, optimisée à l’aide de simulations informatiques, puis imprimée physiquement par FDM (dépôt de filament fondu). La doublure a été réalisée en TPU, un polymère aux propriétés hyperélastiques, et enfermée dans une coque en PETG imprimée en 3D.
Le casque a ensuite été soumis à des scénarios d’impact contrôlés (tests de chute, etc.), et les résultats ont été comparés aux normes de sécurité en vigueur pour les casques de vélo. Selon les chercheurs, ce casque auxétique « a le potentiel d’améliorer l’absorption d’énergie et de réduire les risques de blessure crânienne ».
« Les métastructures auxétiques, qui s’élargissent latéralement lorsqu’elles sont étirées, sont connues depuis près de 40 ans. Mais leur développement a explosé grâce aux avancées de l’impression 3D », ajoute Mirkhalaf. Son article a récemment été publié dans la revue International Journal of Solids and Structures.
Au-delà de sa capacité supérieure à absorber les chocs, la géométrie imprimée en 3D présente d’autres avantages : une structure allégée, plus confortable pour les cyclistes, et probablement une meilleure ventilation — un atout déjà observé dans d’autres applications de remplacement de mousse par impression 3D. Autre aspect prometteur : la personnalisation. Cette technologie pourrait permettre de produire des casques sur mesure, adaptés à la morphologie de chaque cycliste, pour un confort et une protection accrus.
« Avec un développement plus poussé, cette technologie pourrait donner naissance à une nouvelle génération de casques plus sûrs, plus confortables et personnalisables », souligne Mirkhalaf.
« Même si l’impression 3D reste aujourd’hui plus coûteuse que les doublures en mousse produites en masse, les prix devraient baisser avec la généralisation de la technologie. À l’avenir, il pourrait devenir possible de faire imprimer un casque personnalisé à la demande, garantissant à chaque cycliste la meilleure protection possible. »
L’impression 3D de casques est un secteur en pleine croissance, notamment dans le sport. Par exemple, plusieurs fabricants de casques de football américain intègrent désormais des structures lattices imprimées en 3D pour renforcer la sécurité des joueurs. En cyclisme aussi, on voit émerger des casques imprimés, comme le KAV Portola, en nylon renforcé de fibres de carbone, qui a été nommé par Time Magazine parmi les meilleures inventions de 2022.
