Ce casque vélo se contracte quand il prend un choc

Imprimé en 3D, ce prototype inverse tout ce qu’on croyait savoir sur la protection à vélo.

Et s’il valait mieux se replier que résister ? Ce nouveau casque, développé par une équipe de chercheurs suédois et iraniens, absorbe les chocs en… se contractant. Une structure imprimée en 3D, inspirée des métamatériaux, qui réduit la décélération au moment de l’impact. Plus surprenant encore : il peut être personnalisé à chaque crâne. Explications.

Une collaboration universitaire pour repenser la sécurité à vélo

Derrière ce casque atypique se cache une collaboration entre deux laboratoires que tout oppose géographiquement, mais que la recherche a réunis : la Faculté de technologie de l’Université d’Ispahan en Iran, et le département de mécanique des matériaux de l’Université de Göteborg, en Suède. Leur objectif : imaginer une nouvelle génération de casques capables de mieux protéger les cyclistes en cas de chute. Pour cela, les chercheurs sont partis d’un constat simple : la mousse traditionnelle, utilisée depuis des décennies dans les casques de vélo, commence à montrer ses limites.

Conçue pour absorber les chocs, la mousse EPS (polystyrène expansé) se déforme de façon permanente et fonctionne très bien dans certaines conditions. Mais elle a ses faiblesses. En cas d’impact oblique ou de plusieurs chocs successifs, sa capacité d’absorption diminue rapidement. Autre limite : sa densité est figée, ce qui empêche une adaptation fine à la morphologie ou aux contraintes réelles d’une chute. L’équipe de recherche a donc exploré une autre piste : celle des métastructures auxétiques, un champ encore émergent mais très prometteur.

Une structure qui se contracte pour mieux amortir

Le principe de l’auxétique, c’est l’inverse du comportement habituel des matériaux. Lorsqu’on comprime un matériau classique, il s’élargit sur les côtés. L’auxétique, lui, se contracte dans toutes les directions. Cette propriété étrange, contre-intuitive, permet d’absorber et de disperser l’énergie d’un impact de manière bien plus efficace.

Casque avec structure en nid d’abeille – Photo : M. H. Zamani

Les chercheurs ont donc conçu un liner en TPU (polyuréthane thermoplastique), un matériau souple et résistant, imprimé en 3D cellule par cellule selon une géométrie repliée dite re-entrant honeycomb. Cette structure interne est enveloppée dans une coque en PETG, un plastique léger et transparent, également imprimé. L’impression 3D a permis de créer un motif complexe impossible à obtenir avec des procédés industriels classiques. Mais surtout, elle ouvre la voie à des casques entièrement personnalisables, adaptés à la forme exacte de chaque tête.

Pour optimiser la forme des cellules, les chercheurs ont utilisé la méthode de Taguchi, une approche statistique qui permet de tester différentes combinaisons de paramètres (longueur, angle, épaisseur des parois) avec un nombre réduit d’essais. Neuf configurations ont été testées numériquement à l’aide du logiciel Abaqus, avant de sélectionner celle qui limitait le mieux la décélération au moment de l’impact.

Un gain de performance confirmé par les tests

Une fois le prototype fabriqué, place aux tests. Le casque a été soumis à deux scénarios d’impact conformes à la norme européenne EN 1078 : l’un sur une surface plane, l’autre sur un obstacle simulant une bordure. Pour chaque test, une tête artificielle équipée d’un accéléromètre a été placée dans le casque, larguée à une vitesse précise correspondant à une chute réaliste.

Résultat : la version optimisée du liner auxétique a permis de réduire la décélération maximale à 232 g sur surface plane et 101 g sur bordure, contre 246 g et 117 g en simulation numérique. Ces chiffres restent bien en dessous du seuil de 250 g imposé par la réglementation, et surtout, ils confirment que la structure est capable de mieux protéger la tête en cas de chute violente.

Autre point fort du projet : la précision des simulations numériques. L’écart entre les résultats simulés et les données réelles reste inférieur à 16 %, ce qui valide la pertinence du modèle et ouvre la voie à une optimisation encore plus poussée, sans multiplier les tests physiques coûteux.

Un casque plus léger, mieux ventilé et sur-mesure

En plus de ses performances en cas de choc, ce nouveau type de casque coche d’autres cases importantes pour les cyclistes : le confort, la légèreté et la ventilation. Grâce à sa structure interne creuse, le liner auxétique est plus aéré qu’une mousse compacte, ce qui permet d’évacuer la chaleur plus facilement. Le poids total du casque est également réduit, sans sacrifier la solidité.

Mais c’est surtout sur la question du sur-mesure que l’innovation impressionne. En utilisant des scans 3D de la tête d’un utilisateur, il serait possible d’imprimer un liner parfaitement ajusté à sa morphologie. Fini les casques trop larges, trop serrés ou mal centrés. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives, notamment pour les enfants, les personnes avec des besoins spécifiques, ou les professionnels à la recherche de confort absolu.

Et si l’on imagine l’intégration d’autres technologies (connectivité, capteurs, éclairage), cette structure pourrait aussi servir de base à une nouvelle génération de casques intelligents.

Un casque vélo encore cher, mais plein de potentiel

Évidemment, cette technologie n’est pas encore prête pour une production de masse. L’impression 3D de chaque pièce prend du temps et reste plus coûteuse que l’injection de mousse EPS dans un moule industriel. Mais les chercheurs sont convaincus que les coûts vont baisser, à mesure que les imprimantes deviennent plus rapides, plus précises et plus accessibles.

« On peut imaginer, à moyen terme, des casques personnalisés imprimés à la demande directement chez un opticien ou dans un magasin de sport », explique Mohsen Mirkhalaf, chercheur principal à Göteborg. Le prototype mis au point dans cette étude prouve que ce scénario n’a rien d’utopique. Il faudra encore franchir des étapes : validation sur un plus grand nombre d’échantillons, homologation, adaptation industrielle… mais la voie est ouverte et prometteuse.