B. Les indices de confort humain
Il existe un nombre non négligeable d'indices
thermiques, environ 162, ce qui prouve l'importance de l'environnement
thermique dans la société et au sein de la communauté
scientifique, avec un désir de le quantifier (De Freitas & al.,
2014). Plus d'une vingtaine d'études depuis les années 1960
ont donc tenté de les classer en fonction de leurs objectifs et des
paramètres utilisés, chose qui n'est pas facile à faire et
qui comporte malgré tout une certaine subjectivité de la part des
auteurs. Certains indices sont destinés au tourisme, comme l'indice
climatique pour le tourisme (CIT en anglais pour « Climate index for
tourism »), tandis que d'autres sont spécifiques à certaines
régions du monde et donc applicables que par certaines conditions
climatiques, comme l'indice de refroidissement éolien (WCT en anglais
pour « Wind chill temperature »).
Enfin, certains indices se basent totalement sur le
caractère subjectif du problème. C'est
notamment le cas pour le PMV (« predicted mean vote
» - Gagge & al., 1986), qui donne
l'avis moyen d'un groupe important de personnes qui
exprimeraient un vote de sensation de confort thermique en se
référant à une échelle donnée
(Figure 3).
L'évaluation de cet état subjectif qu'est le
confort humain peut être objectivée et quantifiée au moyen
d'indices thermiques intégrés qui peuvent prendre en compte
aussi
bien des paramètres microclimatiques
ambiants, que
la dépense énergétique relative à l'activité
professionnelle, ainsi que la typologie d'habillement. Ils permettent au
final
d'estimer une température dite
«
équivalente », en fonction des différents
paramètres incorporés à leur
élaboration. Figure 3 : seuils du PMV et réponse
physiologique
associée (Blazejczyk & al.,
2010)
14
On différenciera pour cette étude deux types
d'indices, à savoir les indices « simples », prenant en compte
uniquement des paramètres climatiques et les indices « rationnels
», considérant en plus des paramètres climatiques des
variables physiologiques et d'isolation vestimentaire.
B.1. Les indices simples
Ces indices sont les plus simples à exploiter, du fait
de la seule utilisation des paramètres climatiques. Ces derniers sont
donc plus faciles à mesurer que les paramètres d'ordre
physiologiques et ils ont donc été privilégiés pour
notre étude en raison du temps imparti.
a. ET - Effective temperature (Houghten & Yagloglou,
1923)
Inventé par Houghten & Yagloglou en 1923, cet
indice a été établi pour déterminer les effets
relatifs de la température de l'air et de l'humidité dans le
confort thermique. A l'origine, l'indice couvre une plage de
températures allant de 1°C à 45°C, ce qui en fait un
indice efficace pour les zones tempérées. En
réalité, il est utilisé pour évaluer le niveau de
stress thermique, donc dans des gammes de températures assez
élevées (Blazejczyk & al., 2010).
L'indice a ensuite été adapté, notamment
en 1933 avec Missenard. Il fut largement utilisé en Allemagne de l'Est,
en Pologne ou en ex-URSS. Il est encore utilisé actuellement en
Allemagne, bien qu'il soit maintenant dépassé et qu'il ait
été remplacé par d'autres indices plus fiables. Il sera de
ce fait intéressant de comparer cet indice avec les autres plus
récents ayant été retenus. La formule a finalement
été améliorée par Li et Chan (2000) et se
décline de la manière suivante (Formule 1).
Formule 1 : ET (Blazejczyk & al.,
2010)
Les paramètres nécessaires à son calcul
sont la température de l'air en °C (T), l'humidité relative
en % (RH) ainsi que la vitesse du vent en m/s (v). C'est d'ailleurs le seul
indice simple retenu qui prend en compte la vitesse du vent.
Différents seuils sont adaptés à ET en
fonction de la région où il est utilisé. Voici ceux
retenus pour l'Europe centrale :
15
< 1°C = très froid
1-9 =
froid
9-17 = frais
17-21 = doux
21-23 = confortable
23-27 =
chaud
>27°C = très chaud
b. HI - Heat index (Steadman, 1979)
Plus récent, HI combine la température de l'air
(T) et l'humidité relative (RH) dans le but de déterminer une
température qui manifeste la chaleur ressentie (Formule
2). L'équation de HI (Rothfusz, 1990) est dérivée
de la première version de la température apparente (AT) de
Steadman (1979). L'avantage de cet indice est qu'il est relativement simple
à calculer du fait de l'implication de deux paramètres
climatiques facilement mesurables. En revanche, ce dernier ne s'applique que
sur des températures supérieures à 20°C
(Figure 4), ce qui ne nous permettra pas d'utiliser cet indice
sur l'ensemble de la journée, les matinées n'atteignant que
très rarement ces températures.
Formule 2 : HI (Blazejczyk & al.,
2010)
Figure 4 : seuils de HI et réponse physiologique
associée (Blazejczyk & al., 2010)
16
Les valeurs seuils sont donc totalement décalées
par rapport à celles de ET. On observe notamment que le premier pas, qui
est de 27°C correspond au pas maximum de celui d'ET.
c. Humidex (Masterson & Richardson, 1979)
Cet indice, utilisé la première fois en 1965,
découle d'une innovation des météorologistes canadiens. Il
a ensuite été modifié en 1979 par Materson et Richardson
(Blazejczyk & al., 2010). Il permet de décrire la chaleur
et l'humidité ressentie par un individu quelconque et s'utilise
essentiellement en milieux chauds (Formule 3). Il regroupe de
ce fait la température de l'air (T) et la pression de vapeur d'air (vp
en hPa).
Formule 3 : Humidex (Blazejczyk & al.,
2010)
i. Calcul du point de rosée
Afin d'obtenir vp, il faut connaître la
température du point de rosée. Ceci est possible de plusieurs
manières différentes, par exemple, via l'expression d'Heinrich
Gustav Magnus-Tetens (Formule 4).
Formule 4 : calcul du point de rosée Tr
(Wikipédia)
17
Il est également possible de passer par les pressions de
vapeurs réelles (e), saturantes (ew) et l'humidité relative (Hr
compris entre 0 et 1), selon la logique suivante (Najjar, 2014) :
Comme ew = 6.1078*10^((7.5*T)/(237.3+T)) Donc e =
Hr*ew
Et Td = ((ln(e)-1.81)/(0.0805-0.00421*ln(e)))
Figure 5 : seuils de Humidex et réponse
physiologique associée
(Blazejczyk & al.,
2010)
Les seuils constatés pour l'indice Humidex
(Figure 5) représentent une plus large gamme de
température que HI, ce qui est plus intéressant pour qualifier
notre ambiance thermique dans notre région.
d. WBGT - Wet bulb globe temperature (1956)
L'indice prenant en compte la température du globe
(« Wet bulb globe temperature » en anglais) est de loin l'indice de
confort le plus utilisé dans le monde (Blazejczyk & al.,
2010). Il a notamment été développé par l'US
Navy dans le cadre d'une étude sur les maladies liées à la
chaleur au cours des formations militaires. Il s'applique essentiellement pour
évaluer l'effet moyen de la chaleur sur l'homme durant une
période représentative de son activité (Malchaire,
2009).
Cet indice a la particularité d'être utilisable
à la fois en extérieur mais également en intérieur,
via deux formules spécifiques. Il s'applique à tout type
d'environnement thermique, mais plus particulièrement en situations
chaudes.
En plus de cette spécificité, le WBGT peut se
calculer de deux manières différentes pour les espaces
extérieurs.
En effet, la manière la plus simple est d'utiliser
uniquement les paramètres climatiques basiques, à savoir la
température de l'air (T) et la pression de vapeur d'air (vp), qu'on a
déjà pu voir pour l'Humidex (Formule 5).
Formule 5 : WBGT « basique » (Blazejczyk
& al.. 2010)
La deuxième façon d'obtenir WBGT est d'utiliser
la température d'ambiance du globe (Tg), d'y rajouter la
température du point de rosée (dénommée Tr ou Td),
ainsi que la température de l'air (T) (Formule 6). Il
convient de préciser que dans la littérature, Tn peut être
associée à la température humide naturelle, pouvant aussi
être appelée température de bulbe humide (« wet bulb
temperature » en anglais). Ce paramètre Tn reste équivalent
au point de rosée, mais mesuré différemment.
Formule 6 : WBGT prenant en compte la
température du globe
(Maia & al.. 2011)
Le WBGT ne s'applique pas à l'évaluation des
contraintes thermiques subies pendant de très courtes périodes
(Martinet et al., 1999).
En revanche, il a l'avantage de pouvoir servir au
dépistage de situations à risque de contrainte thermique : si le
résultat est supérieur à 25°C, la situation doit
être analysée de façon plus approfondie (Meyer et al.,
1997) (Figure 6).
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Figure 6 : seuils du WBGT « basique » et
précautions à prendre (Blazejczyk & al., 2010)
19
Les indices simples sont comme leur nom l'indique relativement
simples à utiliser, mais ils ont l'inconvénient d'être
limités pour prétendre à qualifier de manière
objective des situations thermiques pouvant être complexes. Ceci a permis
à d'autres indices d'émerger, certes plus compliqués
à mettre en oeuvre mais qui se rapprochent davantage de la
réalité.
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