Biophysique

Joe Bryan, autrefois un directeur d’école populaire et respecté dans une petite ville du Texas, est en prison depuis plus de 30 ans. Il purge une peine de 99 ans pour le meurtre de sa femme en 1985. Les preuves l’incriminant impliquaient des taches de sang de la victime trouvées sur une torche à main., Un témoin, qui a été classé comme expert dans la technique médico – légale de l’analyse du profil sanguin (BPA), a interprété ces taches comme plaçant Bryan près de sa femme quand elle a été abattue-un témoignage qui était au premier plan de la condamnation de Bryan. Il a outrepassé la preuve compensatoire qu’il était en fait à une conférence 120 miles loin – un alibi qui a rendu presque impossible pour lui d’avoir tiré sur sa femme, car il aurait dû quitter l’événement, rentrer chez lui, commettre un meurtre et revenir à la conférence dans un délai précis. Bryan maintient son innocence à ce jour.,

de telles preuves, basées sur le comportement physique du sang généré sur une scène de crime, ont leurs racines dans l’Europe de la fin du XIXe siècle. Il est devenu important aux États – Unis lors du célèbre procès pour meurtre de Sam Sheppard en 1955, et a joué un rôle important dans d’autres procès pour meurtre depuis-y compris ceux du joueur de football et acteur O J Simpson (1994-1995, verdict de non-coupable) et du producteur de musique Phil Spector (2007-2009, verdict de nouveau coupable).,

Les enquêteurs de la Police utilisent le BPA pour travailler en arrière à partir de traces de sang sur une scène de crime, ce qui leur permet de reconstituer les lieux et les actions des personnes et des armes impliquées. Les traces comprennent des gouttes, des frottis et des éclaboussures, qui sont créés lorsque des gouttes de sang irradient de l’impact d’une balle ou d’un instrument contondant jusqu’à ce qu’elles rencontrent une surface et la tachent. Mais selon un rapport surprenant de 2009 de L’Académie nationale des Sciences des États-Unis (NAS) qui résonne encore aujourd’hui, le BPA manque de rigueur scientifique et d’accréditation valide pour ses praticiens., C’est une grave préoccupation parce que les résultats du BPA ont condamné des personnes qui se sont révélées innocentes, comme beaucoup le croient Bryan; et parce que le manque de confiance dans l’analyse du BPA peut permettre aux coupables de se libérer. En conséquence, il est devenu essentiel de réévaluer la physique derrière le BPA.

bien que les États – Unis soient en tête dans le monde en ce qui concerne la possession d’armes à feu-il y a 120 armes pour 100 personnes et 64% des homicides aux États – Unis sont liés aux armes à feu-d’autres pays ont également de nombreuses fusillades., Par exemple, 30% des homicides au Canada impliquent des armes à feu, alors qu’une douzaine de pays, y compris le Brésil, dépassent les États-Unis dans leur taux de décès par arme à feu pour 100 000 personnes. Établir la validité scientifique du BPA pourrait donc avoir un impact international sur le traitement des 250 000 décès annuels liés aux armes à feu dans le monde en aidant à les classer comme homicides ou suicides-et, dans le premier cas, en traduisant potentiellement les auteurs en justice.,

comportement sanguin

en termes de physique, la reconstruction du BPA est un problème complexe en mécanique des fluides qui consiste à tracer le comportement du sang, sous diverses forces et conditions ambiantes. Le défi est rendu plus difficile parce que le sang est un fluide complexe contenant à la fois des composants liquides (le plasma) et solides (les cellules sanguines). De plus, les propriétés du sang – telles que son pH ou le nombre de globules rouges – varient d’une personne à l’autre.

Mais ce travail est plus qu’un simple exercice académique., Cela peut également avoir des effets réels, selon Alicia Carriquiry de L’Iowa State University aux États-Unis. En tant que statisticien et Directeur du Center for Statistics and Applications in Forensic Evidence (CSAFE) – qui est financé par le National Institute of Standards and Technology (NIST) des États-Unis-Carriquiry a une vision large de la science médico-légale. « Le BPA est l’un de ces domaines dans lesquels la science a beaucoup à dire”, dit-elle., « Contrairement à d’autres disciplines médico-légales, dans le BPA, nous avons en fait des modèles physiques et dynamiques fluides qui peuvent aider à répondre à des questions telles que celles ayant à voir avec la trajectoire, le point d’origine et similaires. »

La science fondamentale n’a cependant pas été bien appliquée au BPA, selon le rapport 2009 du NAS, intitulé Strengthening Forensic Science in the United States. Co-présidé par un éminent juge fédéral américain et un statisticien universitaire, il comprenait des contributeurs de disciplines scientifiques pertinentes, y compris la physique., En général, à l’exception de l’analyse de l’ADN, le rapport a constaté des lacunes dans pratiquement toutes les techniques médico – légales-y compris l’analyse des cheveux, des fibres, des empreintes digitales et des marques de morsure. « L’interprétation des preuves médico-légales n’est pas toujours basée sur des études scientifiques pour déterminer leur validité”, a-t-il déclaré. « C’est un grave problème. »Un rapport distinct en 2016 du Conseil des conseillers pour la Science et la technologie du président américain – rédigé par le directeur de L’Office of Science and Technology Policy avec un panel de scientifiques – a fait écho à cette critique.,

pour le BPA en particulier, le rapport du NAS a noté les complexités de la dynamique des fluides et a indiqué que les analystes du BPA devraient comprendre la physique impliquée. Mais sans exigences éducatives strictes pour la certification en tant qu’expert en BPA – ils ne sont formés qu’à suivre des procédures packagées – le rapport a conclu que « les opinions des analystes du modèle de taches de sang sont plus subjectives que scientifiques The les incertitudes associées sont énormes., »En 2018, La Texas Forensic Science Commission est parvenue à des conclusions similaires sur L’affaire Bryan, qualifiant l’interprétation des preuves de BPA d’ « inexacte” et de « scientifiquement non supportable”.

pourtant, correctement utilisé, le BPA peut donner des indices précieux pour comprendre les circonstances d’une fusillade. Par exemple, des gouttes de sang qui frappent le sol à un angle créeront un ensemble de taches elliptiques, dont le rapport largeur / longueur donne l’angle d’impact (figure 1). Les analystes BPA sont formés pour tracer des trajectoires droites qui suivent la dimension longue de chaque ellipse à cet angle d’impact., Ces chemins convergent, fournissant une position d’où provient le sang. Bien que cela donne correctement la projection sur le sol de l’emplacement d’une blessure par balle, la procédure en ligne droite surestime la hauteur de la plaie, car les véritables trajectoires sous gravité sont des paraboles modifiées par la traînée aérodynamique. L’erreur est généralement assez grande pour placer à tort une victime debout plutôt que assise.,

c’est l’une des méthodes de BPA établies que l’analyse physique plus approfondie peut améliorer. En 2011, les physiciens Christopher Varney et Fred Gittes de L’Université D’État de Washington ont mis les équations de mouvement du projectile, y compris la gravité et la traînée, sous une forme qui utilise toutes les données inhérentes à un ensemble de taches de sang (Am. J. Phys. 79 838)., Ils ont constaté qu’un tracé des angles d’impact des taches par rapport à l’inverse de leurs distances horizontales par rapport à l’axe vertical de l’impact donne un résultat valable pour la hauteur, à condition que les angles de lancement des gouttes ne soient pas trop largement répartis. Dans un test qui a éclaboussé un substitut de sang visqueux, les chercheurs ont utilisé cette approche pour calculer la hauteur de lancement réelle de 88 cm à moins de 8%. À titre de comparaison, les trajectoires linéaires ont surestimé la hauteur de lancement de 100%.,

en 2015, Nick Laan, de l’Université D’Amsterdam et de L’Institut médico-légal des Pays-bas, et ses collègues ont plutôt utilisé les qualités fluides du sang pour trouver la hauteur d’une blessure par balle (Scientific Reports 5 11461). Des travaux antérieurs avaient établi une équation reliant la vitesse d’impact d’une goutte liquide de sang à son volume et à son angle d’impact, ainsi qu’à la largeur de la tache séchée qu’elle produisait, déterminée par le comportement capillaire et visqueux connu du sang. Pour appliquer cette méthode, les chercheurs ont créé des modèles d’éclaboussures de sang humain dans des conditions contrôlées., Pour chacune des 40 taches de sang distinctes, ils ont déterminé sa largeur et son angle d’impact et, à l’aide d’un scanner de surface 3D commercial, ont mesuré le volume de la tache, à partir duquel ils ont trouvé le volume de la goutte d’origine. Ces paramètres ont donné la vitesse d’impact, donnant suffisamment d’informations pour résoudre les équations du mouvement sous gravité avec traînée aérodynamique. Les résultats pour la hauteur d’origine de chaque goutte avaient une valeur moyenne de 58,5 cm, seulement 8% en dessous de la hauteur réelle de 63,7 cm. Pendant ce temps, la méthode linéaire a donné 91,1 cm-une erreur beaucoup plus grande de 42%.,

a bullet’s journey

ces deux articles et d’autres analysent le comportement des gouttes de sang après leur formation, afin d’améliorer le BPA standard. Mais les ingénieurs en mécanique et les dynamiciens des fluides Alexander Yarin et Patrick Comiskey de l’Université de L’Illinois à Chicago, ainsi que Daniel Attinger de L’Iowa State, sont allés plus loin. Ils ont modélisé l’ensemble du processus, de la balle entrant dans le corps au motif final de la tache de sang.,

Depuis 2016, ces chercheurs ont développé des théories dynamiques fluides pour les éclaboussures arrière et avant, où les gouttes de sang se déplacent respectivement contre et avec la direction de la balle et présentent des caractéristiques différentes. L’analyse des projections de dos-effectuée pour les deux réguliers (Phys. Rev. fluides 1 043201) et à nez émoussé (Phys. Rev. fluides 2 073906) balles-est basé sur L’instabilité bien connue de Rayleigh–Taylor., Dans cet effet, l’accélération perpendiculaire à l’interface entre deux fluides de densités différentes – ici, le sang et l’air – crée une turbulence croissante et un mélange entre les fluides. (Un exemple remarquable de l’instabilité est les filaments spectaculaires vus dans la nébuleuse du Crabe en expansion, où les deux fluides comprennent du matériel éjecté par l’explosion initiale de supernova du crabe, et un plasma de particules chargées relativistes alimenté par le pulsar central du Crabe.,) Pendant ce temps, les projections vers l’avant, causées lorsque la balle sort d’un corps après de multiples rencontres perturbatrices avec du sang et des tissus, ont été traitées différemment. Son analyse a utilisé la théorie de la percolation, qui décrit les chemins disponibles à travers des clusters disposés aléatoirement.

pour les deux types d’éclaboussures, les chercheurs ont calculé le nombre, la taille et les propriétés dynamiques des gouttes de sang générées par une balle; puis déterminé leurs trajectoires sous la gravité et la traînée aérodynamique., Enfin, l’équipe a trouvé le nombre de taches résultantes, leurs zones, les angles d’impact et la distribution par rapport à la distance (figure 2).

Ces résultats calculés pour les distributions d’éclaboussures de sang concordent assez bien avec les données obtenues en tirant des balles dans des éponges ou de la mousse plastique imbibée de sang de porc pour les éclaboussures dans le dos, et à travers un réservoir rempli de sang pour les éclaboussures vers l’avant. Bien que les chercheurs notent que plus d’expériences sont nécessaires, leurs résultats sont des étapes importantes vers une véritable théorie des éclaboussures basée sur la physique., Leurs travaux indiquent également de nouvelles directions d’étude, telles que la façon dont l’air est transporté avec les gouttes de sang en vol, ce qui influence leurs trajectoires, et l’impact de la température sur la viscosité du sang.

Les résultats théoriques jusqu’à présent montrent la valeur de l’approche de la dynamique des fluides mais aussi que sa complexité peut ajouter des incertitudes à l’analyse, par exemple à travers les propriétés variables du sang et des taches de sang., Outre la température, la viscosité du sang dépend également du pourcentage de globules rouges, qui varie selon les individus et pourrait affecter des approches comme celle utilisée par Laan et ses collègues. De plus, les propriétés de la surface qu’une goutte de sang frappe peuvent modifier la façon dont elle se propage et donc affecter la tache qu’elle laisse. Des éléments confondants comme ceux-ci devraient être pris en compte pour le BPA pleinement valide qui a du poids devant les tribunaux et peut limiter les réclamations sur ce que le BPA peut définitivement montrer. Certes, il reste beaucoup à faire.,

du laboratoire à la scène de crime

à mesure que la science du BPA progresse, un défi parallèle consiste à convertir ses résultats en nouvelles procédures pratiques et transparentes pour les enquêtes sur les meurtres et les présentations en salle d’audience. Mais les praticiens du BPA n’ont pas entièrement accueilli ces changements, qui menacent de bouleverser les procédures de terrain établies, une réaction également trouvée ailleurs dans l’établissement médico-légal., Néanmoins, dit Carriquiry, pour de nombreux sujets en médecine légale « nous avons réussi à faire des percées importantes et établi des partenariats significatifs avec des médecins légistes qui voient notre travail comme un moyen de rendre le leur plus objectif et ”scientifique » ». Ces partenaires comprennent le Houston Forensic Science Center et le Département de Police de Los Angeles.

maintenant, avec le soutien du CSAFE et d’autres agences fédérales américaines, les chercheurs travaillent spécifiquement pour renforcer les liens entre les communautés du BPA et de la dynamique des fluides, et pour fournir aux praticiens des résultats utiles., Par exemple, Attinger et ses co-auteurs ont écrit un article didactique dans lequel ils discutent des forces en jeu dans la dynamique des fluides et de la façon dont ils déterminent le comportement des gouttes de sang sur une scène de crime (Forensic Science International 231 375). Attinger a également publié des graphiques basés sur la dynamique des fluides qui permettent aux enquêteurs sur le terrain d’estimer la distance maximale parcourue par une goutte de sang (Forensic Science International 298 97).,

3 le Sang et les balles dans un laboratoire

un exemple d’éclaboussures de sang sur une cible de Carte, produit par des chercheurs de L’Université D’État de L’Iowa à l’aide de la configuration illustrée à la figure 4. Le trou de balle peut être vu en haut à gauche de l’image du milieu.,

dans un autre effort, L’équipe D’Attinger a publié des schémas d’éclaboussures de sang humain produit en laboratoire par balle (figure 3), avec un contrôle rigoureux des armes à feu et des munitions utilisées et de la disposition physique (données en bref 22 269); et un deuxième ensemble de schémas sanguins produits par des instruments contondants (données en bref 18 648). Ceux-ci fournissent des images à haute résolution de taches de sang générées dans des conditions variées, à des fins de formation et de recherche (figure 4)., Dans un projet, Hal Stern de L’Université de Californie-Irvine, statisticien et codirecteur du CSAFE, examine les images pour trouver des caractéristiques distinctives que les praticiens pourraient utiliser pour distinguer parmi les sources possibles d’éclaboussures observées. Dans d’autres activités de sensibilisation, les chercheurs du BPA présentent également des conférences et des sessions de formation dans des sociétés professionnelles.

4 Une mise en scène

la configuration expérimentale utilisée par Daniel Attinger et ses collègues dans L’Iowa pour étudier les taches de sang de retour-éclaboussures.

malheureusement, l’adoption généralisée d’une pratique et d’une formation plus rigoureuses sur le BPA ne viendra pas rapidement, ou effacera automatiquement les lacunes passées qui ont produit des preuves peu fiables et de fausses accusations. Il n’est pas non plus probable que les normes juridiques pour l’acceptation des preuves de BPA changeront assez tôt pour affecter L’appel à venir de Joe Bryan pour un nouveau procès., Cette demande a été rejetée en 2018, mais ses avocats préparent maintenant un dernier effort devant la Cour D’appel pénale du Texas. Cependant, Bryan a presque 80 ans. Même si un nouveau procès est approuvé, il ne peut pas venir à temps pour lui faire du bien.

quel que soit ce résultat, la couverture étendue de L’affaire Bryan ainsi que le rapport NAS et d’autres évaluations du BPA ont mis au jour ses problèmes et motivé les progrès vers une meilleure physique des schémas sanguins., Cela peut au moins garantir que les preuves sanguines futures seront plus efficaces pour identifier les véritables auteurs sans condamner injustement les personnes innocentes.