Les paramètres du confort thermique
Alexandre Clamens 26-10-2009
Pourquoi le corps humain ressent-il une sensation de confort thermique ?
Quels sont les phénomènes physiques qui peuvent modifier cette sensation ?
Comment le corps humain régule naturellement son confort thermique ?
La température du corps humain au repos est de 37,2°C. C’est la température idéale pour le fonctionnement des organes vitaux, tels le cerveau ou le foie. Cette température peut s’élever tout à fait normalement jusqu’à 37,8°C, en cas d’effort physique intense.
La sensation de confort thermique provient de l’équilibre thermique entre le corps et le milieu environnant. La quantité d’énergie reçue, ou dispersée, ne doit pas dépasser celle qui est nécessaire pour maintenir le corps à 37,2°C.
Cet équilibre est d’autant plus difficile à obtenir que le corps produit lui-même de l’énergie par son métabolisme. La dégradation des aliments, l’activité cellulaire, le fonctionnement des organes et les efforts musculaires dispersent de l’énergie thermique. Ne parle-t-on pas d’ailleurs de « brûler des calories » par l’exercice physique ?
Le schéma ci-dessous résume les phénomènes par lesquels le corps reçoit et disperse de l’énergie thermique. Ces échanges résultent de la respiration, de l’évaporation et des transferts cutanés par conduction, convection et rayonnement ( Voir l’article "les transferts thermiques" ).
Comme on peut le déduire du schéma, le confort thermique dépend en premier lieu de l’ambiance du local :
- les températures de l’air et des parois ont une influence sur les échanges par conduction, par convection et par rayonnement ;
- la vitesse de l’air augmente les échanges par convection ;
- une humidité élevée favorise les échanges convectifs tout en diminuant l’évaporation.
Les situations d’inconfort apparaissent lorsque ces paramètres sont trop faibles ou trop élevés, c’est-à-dire lorsqu’ils induisent des échanges thermiques supérieurs aux besoins.
Les variations géométriques ou temporelles de ces paramètres créent aussi des sensations désagréables. Les plus connus sont 1) les courants d’air, quand ils sont intermittents, trop forts ou trop localisés, 2) les écarts importants de température de l’air entre le sol et le plafond (on parle de gradient vertical de température) et 3) les différences de température entre parois, par exemple entre un vitrage et une cloison (on parle d’assymétrie de rayonnement).
Globalement, toutes les variations qui impliquent des niveaux d’échanges thermiques différents entre deux zones du corps sont ressenties comme une gêne.
Le confort thermique découle en second lieu de la personne elle-même. La physiologie (surface d’échange, métabolisme, ventilation pulmonaire, maladie), l’activité et l’habillement ont un impact prépondérant. En particulier, le métabolisme est plus faible pour les femmes que pour les hommes et il s’affaiblit fortement à partir de 60 ou 70 ans.
Au-delà des paramètres physiques et biologiques, l’impression de confort appartient au domaine du ressenti. Elle peut varier d’après des facteurs d’ordre psychologique ou culturel. Des études ont aussi montré que les personnes ressentent un niveau de confort thermique plus faible si elles sont gênées par des nuisances d’un autre type, comme le bruit ou l’éblouissement.
Dans un projet de bâtiment, tous les paramètres susceptibles d’influencer le confort thermique doivent être connus par l’architecte pour que la conception soit adaptée. Au-delà de fixer les exigences de confort et de consommation d’énergie, le programme de l’opération doit donner toutes les informations utiles :
- Quel est le climat de la région (température, humidité, vent) ?
- Quels types de personnes vont occuper les locaux ?
- Combien seront-elles ?
- Quelles activités vont se dérouler dans les locaux et quand ?
- Quel va être le niveau d’habillement des utilisateurs ?
Pour faire face aux situations d’inconfort, le corps humain possède une étonnante faculté d’adaptation. Il développe des mécanismes physiologiques pour dissiper plus d’énergie en cas de forte température et, inversement, pour en conserver lorsque les conditions climatiques sont trop rigoureuses.
Pour donner les principales réactions thermiques du corps, on peut citer :
- la transpiration (perte d’énergie correspondant à la chaleur latente d’évaporation de la sueur),
- la vasodilatation (augmentation du diamètre des vaisseaux sanguins proches de la peau pour accroître les pertes d’énergie),
- la vasoconstriction (diminution du diamètre des vaisseaux sanguins proches de la peau pour réduire les pertes d’énergie),
- l’augmentation du métabolisme, après plusieurs semaines d’exposition au froid,
- le frisson (contraction involontaire des muscles).
En plus de ces adaptations physiologiques, l’être humain modifie son comportement face aux conditions climatiques. En situation de froid, il s’habille plus chaudement, augmente son activité (marche plus rapide) ou prend une attitude de prostration (repli des membres sur le corps). Si au contraire le climat devient trop étouffant, il change de type de vêtement et adopte une posture corporelle plus étendue.
