Le défi 3D scientifique

Dassault Systèmes leader de la modélisation et de la simulation 3D scientifique

Depuis 1981, Dassault Systèmes élabore des solutions de modélisation et de simulation scientifique 3D temps réel qui permettent à des entreprises de toutes tailles de concevoir et de produire les objets de notre quotidien. Depuis la bouteille d’eau minérale jusqu’à l’avion de ligne en passant par les jouets ou les téléphones portables, rien ne se crée sans la modélisation 3D qui a été une évolution majeure de la R&D dans tous les secteurs industriels.

Le modèle 3D est la représentation informatique parfaite d’un objet réel. La précision géométrique, ainsi que l’ensemble des caractéristiques physiques y compris ses propriétés mécaniques en font un « jumeau » électronique. Il ne reste plus qu’à manipuler ces jumeaux dans les logiciels de Dassault Systèmes intégrant les lois de la physique pour approcher la réalité au plus près.

Ces logiciels répondent à deux des principales préoccupations des industriels : gagner du temps pour être le premier et gagner de l’argent pour être le plus compétitif.
Ne plus utiliser de prototypes permet de réaliser des économies sur la maquette elle-même, mais aussi sur le temps nécessaire aux nombreux réajustements. De plus, le monde virtuel permet très rapidement de tester de nombreuses solutions avec un risque zéro.

Leader en matière de modélisation et de simulation 3D temps réel dans la production industrielle où l’intérêt de la 3D est définitivement établi, Dassault Systèmes est désormais convainvu que le modèle 3D pourrait aussi rendre de grands services dans la science du vivant. Ce nouveau défi est complexe à relever et le V+R challenge s’inscrit dans cette dynamique de recherche. En associant l’Institut des Sciences du Mouvement (ISM) de l’Université de la Méditerranée à son savoir-faire avec la solution de simulation SIMULIA, c’est une réelle avancée scientifique et technologique qui est visée : La simulation du pied humain.

Un pied : c’est 26 os, 16 articulations, 107 ligaments et 20 muscles. Il supporte le poids du corps en 7 points et durant la marche s’allonge de plus d’un demi-centimètre. Si on ajoute une structure mécanique complexe, due principalement aux nombreuses liaisons et contacts des os , de la chair et des tendons, on commence à découvrir l’ampleur d’un tel projet. De plus, chaque pied est unique, ses dimensions variables, il évolue dans le temps et suivant la nature du terrain, ses appuis plantaires sont différents.

On réalise alors que la représentation numérique intégrale du pied est un défi formidable lancé aux scientifiques.

Un autre projet, lui aussi unique au monde est associé à ce défi : étudier en 3D le pied d’un ultra-marathonien de la manière la plus réaliste et la plus exhaustive possible. Les équipes de recheche vont ainsi mesurer des paramètres tels que la vitesse, les déplacements, la longueur de la foulée, la cadence, les forces et pressions qui s’exercent durant la course, tout comme les chocs lors de l’atterrissage du pied sur le sol. Ces mesures faites avant le départ vont donner une modélisation qui va être en permanence réajustée en confrontant les résultats aux données biométriques recueillies tout au long du parcours. Après son périple, la foulée et le pied de Philippe Fuchs seront à nouveau étudiés. Une course aussi longue pouvant la modifier. Ces données ne seront validées que plusieurs
mois après, afin de découvrir si ces changements sont définitifs.

Au défi réel de Philippe Fuchs correspond ainsi le défi virtuel sur ordinateur.

Mais même si les algorithmes sophistiqués incorporés dans les produits SIMULIA permettent des simulations poussées aussi proches que possible de la réalité, on doit comprendre que les caractéristiques du pied étant très variables d’un individu à l’autre celles-ci rendent l’étude complexe et longue.
 
Plusieurs années de travail acharné vont être nécessaires pour affiner le modèle et le rendre applicable à tout un chacun. C’est aussi ce qui rend unique ce projet.

 
On peut déjà deviner les nombreuses applications possibles d’un modèle 3D bioréaliste du pied humain : prévention et traitement des accidents, élaboration de prothèses et amélioration des performances.
La modélisation de la chaussure, notamment de la semelle, et l’étude du pied chaussé pourraient déboucher sur la recherche et le développement de chaussures mieux adaptées à la course.

 
La simulation réaliste 3D a ainsi désormais toute sa place dans la découverte d’innovations intéressant le plus grand nombre.

Modèle Simulia par Jason Cheung, The Hong Kong Polytechnic University