Le corps est un système thermo-dynamique à part entière avec des échanges thermiques complexes, avec des phénomènes chimiques intérieurs qui font que les petits gâteaux avalés à 4 heures seront transformés pour nous permettre de marcher, on produit de la chaleur au centre du corps, c'est ce qu'on appelle le métabolisme. Une très petite partie peut être transformée en travail externe quand on soulève un poids, ... etc mais la machine humaine n’est pas très performante d'un point de vue production de travail et puis cette chaleur va devoir être dissipée dans l'environnement et donc là on va repasser par tous les modes de transfert thermique connus. Il y a des transferts au niveau des voies respiratoires qui sont assez faibles et puis on va avoir de l'évapo-condensation, de la convexion, du rayonnement infrarouge ,du rayonnement solaire et de la conduction au niveau de la surface cutanée, sachant que la surface cutanée c'est entre et 1,5 et 2 mètres carrés donc c'est un échangeur qui a une taille raisonnable, en fonction de ça on peut écrire le bilan thermique du corps humain.
La variation de l’énergie interne, la variation de température au cours du temps, l'objectif du corps humain c'est de garder une température constante donc 37 degrés, l'objectif c'est que cette variation soit proche de zéro donc il faut que tout ce bilan thermique soit équilibré. Une partie dépend essentiellement du sujet, de son activité et une partie dépend essentiellement de l'environnement. Nous sommes dans un système avec un couplage très fort d'un point de vue des échanges thermiques.
Ce système est régulé de manière très maligne, on représente le bilan thermique ou la balance : d'un côté la production ou les gains, de l'autre côté tout ce qui est perdu dans l'environnement. Si cette balance penche d'un côté ou de l'autre, notre température va monter ou descendre, un certain nombre de processus de thermorégulation vont intervenir. Il y a la thermorégulation contre le froid. Quand la température baisse, il va y avoir la vasoconstriction, la réduction de la circulation pour garder la chaleur à l'intérieur du corps, après on va avoir des frissons et ses frissons vont augmenter la production de chaleur.
Si au contraire on a trop chaud, on va faire en sorte d'augmenter les échanges de chaleur, on va se mettre à transpirer pour augmenter l'évaporation qui est un phénomène thermique assez efficace et par ailleurs il y a la vaso-dilatation qui va nous permettre d’amener plus la chaleur interne du corps à la surface, et donc on a les joues rouges
En terme de physiologie on considère qu'il ya une zone ici qu'on appelle la thermo neutralité c'est à dire que ma balance thermique peut être équilibré sans réaction physiologique c'est ce qu'on appelle l’ambiance thermo-neutre et c'est dans cette ambiance thermo-neutre qu'on va être en normalement thermo-neutralité sensorielle c'est à dire on ne peut pas dire si c'est chaud ou froid . On considère que dans cette plage là, le confort est possible.
Les approches de confort n'existent pas, quand on parle de dimensionnement pour le confort ça n’existe pas car c'est du dimensionnement pour la thermo-neutralité. On se rend compte que vivre dans une espèce d'absence de sensations que les gens ne supportent pas bien. L'être humain a besoin d'être sollicité, il y a pas mal de gens qui parlent d'endormissement sensoriel.
Si on procure des sensations neutres à quelqu'un on est dans l'endormissement sensoriel.
Au niveau de la thermorégulation, deux phénomènes qui peuvent être contradictoires : il y a la thermo-régulation physiologique donc inconsciente dont le but est de garder les organes vitaux à 37°, on ne peut rien faire elle à la lieu dans le corps, et puis la thermorégulation comportementale ou là on essaye de maintenir notre confort optimal c'est à dire la situation qu'on préfère. Un exemple : c'est vous êtes à la plage ,il ya beaucoup de rayonnement solaire, la balance est très déséquilibrée vous transpirez à grosses gouttes, vos organes vitaux sont en passe de surchauffer mais vous restez là parce que vous l’avez choisi, donc le confort c'est vraiment un terme de choix. Vous avez choisi de ne pas fuir ce climat qui est pourtant très hostile.
Quelques ordres de grandeur : le métabolisme, la quantité de chaleur qu'on produit est dépendant de l'âge, du poids, de la taille et du sexe. Ordre de grandeur : repos-couché, ce qu'on appelle le métabolisme basal à peu près 85watts, repos-assis : à peu près 100 watts et puis vous voyez donc ça c'est le plus adonc course à pied 10km/ heure : 1 500 watts, donc on peut produire et consommer par conséquent une forte puissance.
Quelqu'un qui est au repos assis et puis dans la même pièce quelqu'un qui a une activité légère, celui qui a une activité légère produit 70 % de chaleur en plus, il faudrait qu'ils puissent échanger 70 % en plus et donc il faudrait qu'ils soit dans des conditions thermiques totalement différente pour être dans cette ambiance thermo-neutre.
Après il y a les vêtements qui est notre premier habitat qui va être très variable aussi en fonction des gens, on va pouvoir jouer sur les vêtements pour revenir à une situation.
Dans les calculs ce qui est prévu c'est que l'hiver on est habillé avec 1 clo ( de l’anglais ‘cloth’) qui définit comme la tenue vestimentaire d’hiver standard et l'été on est habillé à 0,5 clo.
Donc après vont découler des recommandations sans tenir compte de la réalité du terrain.
Au niveau de la balance chaleur produite et chaleur reçue, on voit que la chaleur produite est entre 100 et 500 watts et la chaleur reçue en provenance du soleil est entre 0 et 700watts. A partir du moment où on est au soleil cette balance va être instantanément très déséquilibrée et donc on considère qu'aucun individu peut être à la neutralité thermique en présence de soleil. Donc si la personne reste au soleil c'est parce qu'il l’a décidé de surchauffer. Aucun système de génie climatique n'est prévu pour revenir à une situation supportable au soleil, ce qui pose quelques problèmes à l'heure actuelle. Dans les bâtiments bioclimatiques, on favorise les très grandes baies vitrées, l'individu va très souvent se trouver au soleil, comme il ne veut pas être inconfortable il va fermer les rideaux, les apports solaires gratuits prévus ne rentreront pas. Ce qui va avoir une conséquence thermique directe. La chaleur perdue dépend de tous les paramètres physiques, température de l'air, température de surface, vitesse de l'air, humidité relative mais il y a aussi des choses qui vont varier en fonction des personnes. Ainsi le métabolisme varie au cours de l'âge, au fur et à mesure qu’on vieillit on produit de moins en moins de chaleur : les personnes âgées sont frileuses du fait qu’elles produisent moins de chaleur donc comme elles produisent moins de chaleur il leur faut un environnement thermique qui est différent. Autre point clé, la chaleur perdue dépend beaucoup des vêtements.
Ordre de grandeur : la situation dans laquelle on est, donc repos : vêtements d'hiver on échange à peu près la moitié de la chaleur par convection, c'est-à-dire avec l'air ambiant et la moitié de la chaleur par rayonnement, c'est à dire avec les surfaces environnantes. Très souvent, ces échanges radiatifs sont complètement négligés. La plupart des thermostats sont basés sur la température de l’air donc on va réguler notre environnement sur 40% de nos échanges de chaleur et donc ça va pas fonctionner. Quelqu'un qui est dans cette situation là, a sa température de thermoneutralité entre 21,5 et 25°. Alors que la réglementation thermique prévoit des bâtiments à 19° degrés est loin de la neutralité. Forcément les gens vont avoir froid. Pour avoir un équilibre des échanges, il vaut mieux avoir des parois chaudes et un air frais.
Le corps est lent à réagir, nous sommes fait d’eau, entre 50 et 100 litres d’eau. Quelqu'un qui est nu au repos dans une ambiance à 20 degrés se refroidit inexorablement au bout d’une heure. La constante de temps en physiologie est à peu près du même ordre de grandeur que la constante de temps d'un local.
Ceci est un retour sur expérience, vous voyez que le 19° réglementaire n'est absolument jamais validé sur le terrain on est même fort loin. On est en moyenne à 21,9° ce qui est conforme aux préférences des gens.
La thermique ne peut pas tout expliquer : lors de l’épisode de canicule de 2003 en France, les chiffres de la surmortalité ont montré l'adaptabilité de l'être humain. Dans le sud où il a fait chaud il n'y a pas eu de surmortalité parce que les maisons sont conçus pour résister mieux à la chaleur, les gens sont habitués à se protéger de la chaleur donc ils vont avoir des comportements totalement adapté contrairement aux gens du nord. La composante sociologique est importante.
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