Indice de refroidissement éolien

  • Historique et définition


    Le refroidissement éolien représente la sensation de froid produite par le vent sur un organisme dégageant de la chaleur, alors que la température réelle de l'air ambiant ne s'abaisse pas. Paul Siple et Charles Passel ont été les premiers à développer le concept de facteur du refroidissement éolien aux alentours des années 1940 lors d'expériences en Antarctique.


    Le concept s'est graduellement répandu ensuite grâce au service météorologique des Etats-Unis. Le calcul initial de l'indice de refroidissement était basé sur la déperdition du corps humain en Watt/m² de peau. Cette relation était difficile à interpréter par le grand public. Elle a été grandement améliorée par Environnement Canada pour répondre aux besoins de la population canadienne.


    Aujourd'hui, un nouvel indice proche de la réalité ressentie par le corps humain est exprimé par un nombre sans unité ressemblant à la température. Il permet de prévenir les blessures causées par le froid aux voisinages et en dessous de 0°C ou 32°F, notamment en s'habillant plus chaudement pour éviter par exemple des engelures sévères.


    Une personne immobile sait que la sensation de froid est d'autant plus importante que le vent est violent. Le sensation de refroidissement est causée par l'effet combiné du vent et de la température sur le corps humain. C'est le refroidissement éolien, aussi appelé "température ressentie". Nous rappelons qu'il ne s'agit pas d'une température mais d'un indice semblable à une température pour une bonne compréhension et surtout une meilleure utilisation du grand public. L'indice de refroidissement éolien ou "température ressentie" est donc sans unité.


    Notre corps est isolé de la température ambiante extérieure par une mince couche d'air proche de la peau, appelée couche-limite. Un homme ou un animal forme une couche d'air humide à la surface de sa peau grâce à son métabolisme interne. L'air est un bon isolant thermique et cette couche emprisonnée dans les vêtements ou la fourrure garde donc la peau à une température constante.


    Cette couche disparaît par convection avec l'effet du vent, exposant la peau à la température ambiante de l'air, donc au froid. Le corps doit produire l’énergie suffisante pour recréer cette couche protectrice. Si le vent emporte les couches les unes après les autres, la température de la peau baisse. Le mouvement d'air chasse cet air humidifié et apporte de l'air plus sec, favorisant ainsi l'évaporation et donc le refroidissement : nous ressentons alors le froid. Le métabolisme décroît d'autant plus vite que les températures deviennent basses, pouvant entraîner un risque d'hypothermie.


    A une même température de l'air, plus le vent sera violent plus la température de peau ressentie sera basse. De même, le vent provoque un processus d'évaporation de l'humidité de la peau qui enlève encore plus de chaleur au corps. La perte de chaleur corporelle est donc plus rapide et importante avec une peau mouillée qu'une peau sèche.



    Affichage sur le panneau d'instrument d'AWEKAS


    Avec les conditions de validité données ci-dessous, l'indice de refroidissement éolien est strictement calculé de la température négative de -45,55°C ou – 50°F à 10°C ou 50°F. Au-dessus, la "température ressentie" affichée est identique à la température de l'air ambiant ou sans affichage avec la mention "n.a" pour non applicable.


    Formules de calcul

    Durant les années 2000, des experts scientifiques et médicaux ont travaillé pour mettre au point le nouvel indice de refroidissement éolien. Cet indice ayant principalement son utilité en période hivernale, des volontaires habillés en tenue d'hiver ont été exposés à plusieurs combinaisons de température et de vitesse de vent dans une soufflerie réfrigérée. Pour définir et aboutir à la mise au point du nouvel indice, les chercheurs ont donc noté les taux de perte chaleur de leurs visages, seules parties exposées, à la fois dans des conditions sèches et humides.


    Tous ces résultats ont permis d'aboutir à des mises en équation d'un modèle proche de la réalité. Au-dessus de 10°C ou 50°F, les déperditions devenaient très faibles et les risques induits négligeables. Ce seuil maximal supérieur de calcul a donc été retenu. Pour les basses températures, l'activité sans un épuisement rapide de ses réserves caloriques a été pris en compte. Le valeur est ainsi définie à-45,55°C ou -50°F par temps calme.


    Les formules sont donc vérifiées et valides entre 10°C ou 50°F et -45,55°C ou 50°F. D'après les guides WMO, la température ambiante T est mesurée sous abri du vent, du soleil et des précipitations à 1,5 m d'un sol engazonné. La vitesse du vent V est mesurée par un anémomètre normalement installé à 10 m de hauteur (normes WMO).

    Système métrique pour avoir l'indice RC (nombre sans unités) à partir des températures T en degrés Celsius et de la vitesse du vent V en kilomètre par heure


    0 km.h-1 ≤ Vitesse V ≤ 5 km.h-1 : RC = T + 0,2 ( 0,1345 T − 1,59 ) × V


    5 km.h-1 < Vitesse V ≤ 177 km.h-1 : RC = 13,12 + 0,6215 TC + (0,3965 TC – 11,37) × V^0,16


    Système impérial pour avoir l'indice RF (nombre sans unités) à partir des températures en degrés Fahrenheit et de la vitesse du vent V en mile par heure

    0 mph≤ Vitesse V ≤ 3,107 mph : RF = TF + 0,2 (0,21646 TF – 11,5326) x V


    3,107 mph< Vitesse V ≤ 117 mph : RF = 35,74 + 0,6215 TF + (0,4275 TF – 35,75) x V^0,16


    Facteurs de conversion utilisés : V mph = 0,621371 V km/h V km/h = 3,6 V m/s T°F = 32 + 1,8 T°C



    Effets et risques


    L'indice a été déterminé par une projection statistique issue d’une expérience basée sur mesure de la perte d’énergie par la peau sur les parties non protégées du visage des testeurs. Il n'est donc pas tenu compte des effets propres à chaque individu tels que la nature de peaux, son vieillissement, son film lipidique, la présence de barbe et l'épaisseur de couche cornée et de graisse sous-cutanée. La protection par des produits cosmétiques peut ralentir les déperditions. Le rapport poids/taille des individus jouent également sur leur résistance au froid comme sur leur capacité à réguler la chaleur corporelle et leur propre capacité calorifique. Une personne râblée sera plus résistante qu’une personne grande et svelte. Enfin l'alimentation, l’hydratation par boisson et l'activité musculaire et métabolique de l’individu déterminent sa propre production de chaleur : sa résistance à l'hypothermie. L'âge et la condition physique sont également des facteurs importants : les personnes âgées et les enfants ont moins de masse musculaire et génèrent donc moins de chaleur corporelle.


    L'indice de refroidissement éolien peut être une indication utile aux coureurs, cyclistes et motocyclistes pour se représenter le refroidissement auquel leur corps est exposé en fonction de leur vitesse de déplacement. Un marathonien courant à environ 20 km/h par une température ambiante de 10°C ressentira une température similaire à 7,4°C. Un motard se déplaçant à 90 km/h par 0°C aurait un ressenti de -10,2°C, d'où la qualité et l'importance des équipements de protection.



    Pour parfaire les valeurs de l'indice de refroidissement éolien, il faudrait prendre en compte 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 pourrait être également augmentée de 5 à 10°C (de 10 à 18°F). Il n’est pas tenu compte non plus de l’effet de la pression atmosphérique sur la capacité calorifique de l’air (capacité à absorber la chaleur) et sur la pression de vapeur ambiante, ni de l’hygrométrie de l’air, en grammes de vapeur d'eau par kilogramme d’air déterminant aussi la pression de vapeur sèche déjà présente dans l’air. Cette pression limite l’évaporation par respiration ou transpiration. Cette évaporation est la principale source de réduction et régulation de la température corporelle. Enfin, il n'est pas tenu compte de l’effet de l’humidité, provenant des précipitations ou du milieu ambiant. Elle modifie sensiblement la résistance thermique de la peau.


    En guise de conclusion

    Plus la température est basse et plus l'impact duvent sur la température perçue par le corps humain est grand. Par conséquent, les pays nordiques étant plus froids, ils sont plus sensibles à ce sujet que les pays tempérés ou chauds.


    Des sondages ont été fait pour s'assurer que le nouvel indice de refroidissement éolien répondrait aux besoins de la population. Le nouvel indice est exprimé par un nombre ressemblant à la température, selon les préférences de la plupart des utilisateurs. Toutefois, comme l'indice de refroidissement éolien représente la sensation du froid sur la peau, il ne s'agit pas d'une température réelle. On le donne donc sans le symbole de degré. Par exemple: "Aujourd'hui, la température est de -10 °C, et le facteur éolien est de -20".


    windchill_calculation_table.zip


    Cordialement/Regards
    Jean-Marie
    ID 1779


    Albert Einstein a dit / said:
    "La connaissance s'acquiert par l'expérience, tout le reste n'est que de l'information."
    "Knowledge comes only with practice, everything else is information."

    8 Mal editiert, zuletzt von Jean-Marie () aus folgendem Grund: change status position ; added RF table ; added "affichage AWEKAS"