Pourquoi est-ce qu’on se refroidit ?

– Eh bien, parce qu’il fait froid, non ?
– Mmmh pas tout à fait.

imageLors de nos sorties au grand air, en VTT ou à SKIS, de nombreuse discussions avec les copains sur le sujet de la température ressentie en cas de vent m’ont amenées à regarder cela de plus près pour tenter de l’expliquer le plus simplement possible sur ce Blog …

Tout d’abord il nous faut revenir aux “fondamentaux” pour expliquer ce que c’est que la sensation de CHALEUR…

Vous avez déjà certainement fait l’expérience qui consiste à toucher d’une main un morceau de bois et de l’autre un morceau de métal. Le métal paraît beaucoup plus froid que le bois ! Et pourtant ils sont bien tous les deux à la même température, celle de la pièce où vous vous trouvez. Ce qui provoque la sensation de froid, ça n’est pas la température, c’est ce que l’on appelle communément le flux thermique ! Autrement dit, c’est la quantité de chaleur qui passe à travers la surface de votre peau pour en sortir (ou parfois y entrer). Comme le métal conduit mieux la chaleur que le bois, quand vous touchez du métal à 20 degrés, il y a beaucoup plus de chaleur qui vous quitte que quand vous touchez du bois à 20 degrés. D’où la sensation de froid plus importante.

Le transfert de chaleur est toujours réalisé du corps le plus chaud vers le corps le plus froid, ce qui produit à terme une égalisation des températures des deux corps en contact. En fait n’oubliez jamais que la chaleur est toujours produite par de l’énergie. Le terme « flux » thermique peut prêter à confusion car il n’y a pas d’échange de matière ou de particules en provenance du corps le plus chaud mais plutôt propagation par “contact” de l’énergie cinétique due à l’agitation désordonnée de ses molécules et de ses atomes, c’est ce qu’on appelle encore la conduction thermique. La chaleur interne est directement liée à cette agitation,aussi  lorsque un corps chaud est en contact avec un corps plus froid (dont les atomes sont moins agités) le contact entre les deux corps permet la transmission de proche en proche de l’agitation moléculaire des atomes du corps chaud vers le corps dont les atomes sont moins agités. Tout ça parce que l’énergie thermique a tendance à se répartir uniformément dans l’espace et se fait toujours du corps le plus chaud (celui dont la température est la plus élevée) vers le corps le plus froid. Le corps le plus froid ne transmet rien, il ne fait que recevoir de l’énergie !

Ceci étant posé, même si l’important c’est le flux thermique, il est bien clair que la température ambiante va jouer un rôle. Tout simplement parce que le flux dépend en partie de la température extérieure : plus l’écart de température est important entre vous et l’air ambiant, plus le flux sera élevé car le flux thermique est proportionnel à la différence de température. Il faut cependant tenir compte de l’utilisation de matériaux isolants permettant d’intervenir sur l’intensité du flux transmis. On peut alors calculer le flux thermique en tenant compte de la notion de résistance thermique et l’écrire sous la forme d’une équation :

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Avec cette formule, on voit bien que plus la température de l’air est basse, plus le flux sera important, et donc plus la sensation de froid sera forte. Tout cela colle donc bien avec l’idée que plus il fait froid, plus on a froid ! Mais au fait, que vaut la résistance thermique ? Eh bien ça dépend de ce que vous portez comme habits ! La résistance thermique est liée à ce qui vous isole de l’air extérieur. Ainsi si vous portez un pull de 1 cm d’épaisseur, elle sera 10 fois plus élevée que si vous portez un malheureux T-shirt d’un millimètre. Dans le cas du gros pull, la résistance thermique vaudra environ 0.4 m2/W.K (oui, je sais, l’unité est imbitable). Par exemple si l’écart entre la température de votre corps (37° C) et celle de l’air extérieur est de 40 degrés (s’il fait -3°C, donc), le flux sera de 100 Watts par mètre carrés. (F = 37 + 40 / 0,4 = 100) et avec un simple petit T-shirt, ce serait 10 fois plus. Encore une fois, vous voyez que ce qui compte dans la sensation de froid, c’est le flux thermique. Quand vous vous habillez plus chaudement, ça ne fait évidemment pas diminuer la température extérieure : ça augmente simplement la résistance thermique, et donc cela diminue d’autant le flux thermique d’échange entre vous et l’environnement extérieur.

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Maintenant que se passe-t-il quand il y a du vent ?

La résistance thermique dépend de la qualité isolante de nos vêtements. En fait même sans vêtement de protection, et du fait de notre métabolisme interne, il y a toujours une résistance thermique minimale de base, liée au fait qu’en surface de la peau se développe une fine couche d’air réchauffé qui joue le rôle d’isolant. Si vous êtes à l’intérieur ou par une journée sans vent, cette résistance « de base » vaut de l’ordre de 0.1 (toujours exprimé en m2/W.K) . L’air est un excellent isolant thermique et cette couche emprisonnée dans les vêtements ou la fourrure garde la peau à une température constante. Par contre si il y a du vent, ce dernier a tendance à chasser en permanence cette fine couche d’air, et donc à diminuer son pouvoir isolant. La résistance thermique de base va donc diminuer en présence de vent, et ce d’autant plus que le vent augmente. Exposé au vent, le corps perd cette couche protectrice et amène en permanence de l’air à température ambiante au contact de la peau alors que le corps essaie de remplacer la couche chaude. Ce mécanisme intervient lorsque la température de l’air est inférieure à la température d’équilibre thermique du corps. De plus, lorsque la température extérieure est suffisamment élevée, l’eau, notamment la transpiration, s’évapore et crée une zone d’air humide autour de la personne. Le mouvement d’air chasse également cet air humidifié et apporte de l’air plus sec, favorisant ainsi l’évaporation et donc le refroidissement.

Si on se replace dans la formule du Flux thermique vue plus haut, on se rend compte que plus la résistance thermique liée au vent diminue, plus le flux thermique augmente donc plus il y a de déperdition de chaleur ! Il est donc parfaitement exact que la sensation de froid dépend aussi de la vitesse du vent; mais notez bien : elle modifie le flux mais pas la température ! Cette sensation de refroidissement est variable d’un individu à l’autre, on la caractérise par l’indice de refroidissement éolien qui est une quantification du taux de perte de chaleur. Plus la température est basse et plus l’impact du vent sur la température perçue par le corps humain est grand. Ainsi, d’après le concept de facteur du refroidissement éolien, il est possible d’estimer qu’à -20 °C, un vent de 50 km/h fait baisser la température perçue par le corps de 15 °C, soit l’équivalent d’une température de -35 °C par temps calme (sans vent). Ce principe n’est pas applicable à un objet inanimé, car celui-ci perdra rapidement sa chaleur pour atteindre celle de l’air et le refroidissement éolien n’existera plus ensuite.

Pour nous, la formule communément admise de calcul de cet indice de refroidissement éolien ou taux de perte de chaleur est la suivante :

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où  TC est la température ambiante exprimée en °C et vkm/h est la vitesse du vent exprimée en km/h (cette formule du refroidissement éolien n’est formellement définie que pour des vitesses de vent de 4,8 à 177 km/h, et des températures de -50 °C à +10 °C) ; ainsi pour un vent de 50km/h et une température ambiante de -5 °C la température ressentie est de -15 °C. Il n’est pas tenu compte dans ce calcul de l’effet de réchauffement produit par l’exposition directe ou la radiance solaire, qui permet de supporter plus longtemps des basses températures en l’absence de vent notable mais qui peut aussi provoquer des brûlures non ressenties immédiatement. Par temps clair et ensoleillé, la température ressentie peut être augmentée de 5 à 10 °C !!

Donc en conclusion, mettez une petite laine et un chapeau !!!

IMG_2347 copie 

ou bien augmentez votre chaleur interne …

IMG_2360 Et pis c’est tout !

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A propos jeangaillat

Marié, 2 enfants, Charlotte et Alexis
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Un commentaire pour Pourquoi est-ce qu’on se refroidit ?

  1. Charlotte Gaillat dit :

    Et n’oublie pas ton slip en peau de zébu pour venir tester le froid du Québec papa !!!

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