Evaluation d’une ambiance thermique de travail

Prévention des risques thermiques

N. Fourati_EnnouriPHR 103

Evolution de l’environnement thermique du travailPlusieurs  études  sur  l’incidence  des  ambiances  thermiques chaudes sur l’homme

Ambiances  thermiques  froides :  peu  étudiées  et  supposées  sans risques pendant très longtemps

Actuellement : évolution de l’environnement thermique du travail à cause de :

La  diminution  du  nombre  de  salariés  exposés  aux  ambiances chaudes  :  fermeture  de  la  plupart  des mines  +  réduction  du personnels travaillant dans la sidérurgie

L’augmentation du nombre de salariés exposés aux ambiances froides :

• Accroissement de la production des produits surgelés

• Développement  des  règlements  relatifs  à l’hygiène  des aliments  multiplication des  chambres  froides  (T<0°C) et des chambres climatisées (0°C < T < 10°C) 2

Effets des ambiances thermiques

Ils  ne  s’exercent  pas  uniquement  au  niveau 

psychosensoriel  comme  la  plupart  des  autres  agents 

physiques (bruit, éclairage, ..)

Ils  influencent  directement  les  mouvements  d’énergie 

de l’organisme et le niveau des températures corporelles

dont  le maintient à une température presque constante 

est  indispensable  à l’intégrité fonctionnelle  de 

l’organisme humain

3

Bureaux exposés au rayonnement solaireAtelier en présence de procédés générant :

ChaleurRayonnementHumidité

Travail à l’extérieur

Ambiances chaudes

Bureaux / Ateliers mal ou insuffisamment chauffésCourants d’air au poste de travailTravail en chambre froide : climatisée (0 à +10°C)

réfrigérée (-35 à 0°C)Travail à l’extérieur

Ambiances froides

Situations pouvant occasionner des gênes ou des risques thermiques

L’homme est un homéotherme :Température centrale (du noyau) maintenue constanteaux environs de 37 °C ∀ les variations de T extérieures

L’équilibre est obtenu au prix d’une thermorégulation :Équilibre entre production de chaleur(thermogenèse)

et perte de chaleur (thermolyse)

Bilan énergétique global = chaleur produite + chaleur perdue

Équilibre bilan énergétique nul

5

Thermorégulation

Physiologie des ambiances thermiques

6

7

Représentation des isothermes des organes profonds et tissus superficiels

Ambiances chaudesT presque homogènes

Ambiances froidesT des tissus externes < Tnoyau

Thermorégulation

L’homéothermie est régulée par un système anatomo‐physiologique :

Informé par thermorécepteurs locaux 

(organes profonds + tissus superficiels)

Contrôlé par l’hypothalamus

L’action du centre régulateur fait principalement intervenir :

La sudation

La circulation sanguine 

8

Equivalence organisme humain – moteur thermique

9

Machine à vapeur

Combustion  du  charbon  en 

contact  de  l’air  =  Energie 

potentille (Ep)

L’Ep est transformée en chaleur

Détente  de  la  vapeur  d’eau 

formée  sous  pression  dans  la 

chaudière  Déplacement  du

piston avec une certaine force

Organisme humain

Combustion  des  aliments  +  oxygène 

apporté par  le  sang  =  Energie 

chimique

Energie  chimique  transformée  en  : 

Chaleur + Travail mécanique

Principale  différence  :  Le  corps

dépense de l’énergie au repos, en

dehors de toute production de travail

= Métabolisme  de  base  permettant  de 

maintenir  en  activité les  fonctions 

vitales

10

Thermogenèse

Variation énergie interne :

Taux de variation : ΔU/Δt =  ΔQ/Δt +  ΔW/Δt

Taux d’oxygènenécessaire 

à la combustion des aliments

Quantité de chaleurnécessaire pour 

maintenirune  température fixe

Mesure directe selon activité

ΔU =  ΔQ  +  ΔW

Rappel de thermodynamique :ΔQ = Chaleur 

ΔW = Travail 

Rappels de thermodynamique (1/2)

11

Q = quantité de chaleur

Proportionnelle

Rappel de thermodynamique : le changement d’état (2/2)

12

La chaleur Q sert à faire fondre la glace et non à faire augmenter la température : Q ≠ 0 et ΔT = 0

Q M LL chaleur latente

= ×=

Exercice d’application n°1

13

Thermolyse (perte de chaleur)

Conduction

Convection

Rayonnement

Evaporation

14

4 mécanismes de thermolyse :

La conduction

15

Contact d'une partie du corps avec des surfaces solides :• sol, sièges et bureaux et divers objets manipulées avec les mains.• matériaux intermédiaires : chaussures, vêtements serrés, gants...

( )1 2T Teλ

Φ = −

: densité de flux de chaleur par conduction [W.m-2]: conductance (ou conductivité) thermique [W.m-1.K-1]: différence de température entre les deux faces [K]

e : épaisseur de la paroi, du matériau, … [m]

Φλ

1 2T T−

Densité de flux de chaleur par conduction

16

Manifestations des pertes par conduction ?

17

Exemples de coefficients de conductivité thermique

MatériauxCoefficients de Conductivité

Thermique (λ)Mousse de Polyuréthane rigide 0,022 à 0,028Air sec immobile 0,024 à 0,026Liège expansé (7 à 10cm d'épaisseur) 0,032 à 0,045 Polystyrène expansé (6cm) 0,033 à 0,036Laine de verre (9cm) 0,034 à 0,056Laine de roche (9cm) 0,04Liège naturel 0,04 à 0,07Béton cellulaire 0,11 à 0,24Contreplaqué 0,11Brique de terre cuite 1,15Verre 1,2Béton plein 1,75

Granite 2,2

1) Faibles valeurs de λ Bonne isolation2) Matériau efficace λ ≤ 0.065 W.m-1.K-1

Le flux de chaleur F [W] Δ Δ

= =Φ× = × ×Δ = ×Δ ⎛ ⎞

⎜ ⎟⎝ ⎠

Q TF S S T Set e

λ

λλ : conductance thermique [W.m-1.K-1]ΔT : différence de température entre les deux faces [K]

1 2. .eR W m K−⎡ ⎤= ⎣ ⎦λ

18

La conductance thermique est influencée par l’épaisseur e du matériau pour mieux la caractériser, il faut tenir compte de e.

Le facteur R ou la valeur R : représente la résistance thermique des matériaux

C’est « la » puissance de l’isolant : plus R est élevée, plus l’isolant est efficace en ne laissant pas pénétrer la chaleur et le froid.

Calcul du facteur R

ii

R R=∑1 2. .eR W m K−⎡ ⎤= ⎣ ⎦λ

Milieux complexes (ex : corps humain)

e1 e2 e3 e4

λ1 λ2 λ3 λ4

19

Remarque : Comme chez l’homme, au cours de ses activités professionnelles, les surfaces corporelles en contact avec les solides autre que les vêtements sont très réduites, il est souvent possible de négliger le flux de chaleur échangé par conduction dans l’évaluation du bilan thermique

La convection

20

Densité de flux de chaleur par convection

( )( )/ skc c D aC h A A T T= −

C : densité de flux de chaleur par convection [W.m-2]

Ac /AD : surface participant aux échanges / surface corporelle totale

hc : coefficient de convection [W.m-2.K-1]

Ta : température sèche de l’air [K]

: température cutanée moyenne [K]skT 21

Par contact entre la peau et l’air ambiant, une fraction de l’air ambiant prend la température de la peau par convection thermique, change de densité, s’éloigne de la peau, et de ce fait , est renouvelée par d’autres fractions d’air.

Le coefficient de convection hc

22

Lié au taux de renouvellement de l’air

Tient compte de :

la différence de température entre les molécules d’air et la surface

cutanée;

la vitesse de l’air qui vient projeter les molécules d’air sur la

surface cutanée

Deux coefficient de convection:

le premier convection naturelle (fonction de la température)

le second convection Forcée (fonction de la vitesse du vent)

0,252,38 skc ah T T= −

1

0,6 1

3,5 5, 2 1 .

8,7 1 .c a a

c a a

h V si V m s

h V si V m s

−

−

= + × <

= × >

Convection forcée :

Convection naturelle :

23

1) Il faut calculer à chaque fois les deux coefficients.

2) On considère le coefficient le plus élevé comme déterminant

dans les échanges de chaleur par convection.

Calcul de la valeur du coefficient de convection hc

Le rayonnement

24

Généralités

4tR T= × ×ε σ

T : température de l’objet [K]

Rt : Radiance totale [W.m-2]

ε : pouvoir émissif (sans dimension)

σ : Constante universelle de rayonnement [W.m-2.K-4]

Tous les corps - ∀ leur état – émettent et absorbent l’énergie calorifique transmise sous forme de rayonnement électromagnétique

L’émission est associée à :

Intensité énergétique d’émissionà laquelle on associe une radiance

Gamme de longueur d’onde répartit autour d’une longueur d’onde centrale λ

2886m T

λ =

25

Absorption : Dépend du pouvoir d’absorption de l’objetValeur = 1 – pouvoir de réflexion

Corps noir : Corps peu réfléchissant, ayant un fort coefficient d’absorption (Ca)

Peaux   sujetsIR Visible

Peaux noires Ca ≈0,97 Corps noir Absorbante

Peaux blanches Ca ≈0,97  Corps noir Réfléchissante dans certaines longueurs d’onde du visible

Rayonnements

26

Généralités

R : Densité de flux de chaleur par rayonnement [W.m-2]

ε : Pouvoir émissif (sans dimension)

σ : Constante universelle de rayonnement [W.m-2.K-4]

: Température moyenne de rayonnement de l’environnement

: Température moyenne de la peau [K]

Ar/AD : Fraction de peau participant aux échanges par rayonnement

Densité de flux de chaleur par rayonnement

( ) ( )4 4

r D r skR A A T T= −ε σ

rT

Echanges de chaleurs, par rayonnement, s’effectuant entre l’homme et son environnement :

SKT

27

28

( )( )/ skc c D aC h A A T T= −

Analogie convection - rayonnement

Convection

Rayonnement

( ) ( )4 4

×

= −r r D r skR h A A T Tε σ

Tr : température de rayonnement

L’évaporation

29

L’évaporation : un changement de phase

Evaporation = Transformation de la sueur en vapeur

Changement de « phase » Perte de chaleur pour le corps

Exemple : évaporation d'un gramme d'eau à 35°C ≈ 2,4 kJ

Chez l’homme : Evaporation

Appareil Respiratoire La peau

- Ambiance neutre à chaude : 5 W. m-2

- Ambiance très froide (Ta < -20°C) : 30 W. m-2- Eau secrétée par les glandes sudoripares- Eau diffusant à travers les couches superficielles

[ ]12501 2 65T TL , T L kJ .kg et T C−⎡ ⎤= − × °⎣ ⎦

Densité de flux de chaleur par évaporation

/e DA A

aP

skP

E : densité de flux de chaleur par évaporation [W.m-2]

: fraction de surface corporelle participant aux échanges

(somme des surfaces mouillées / surface corporelle totale)

he : coefficient d’évaporation [W.m-2.kPa-1]

: pression de vapeur d’eau ambiante [kPa]

: pression saturante de vapeur d’eau cutanée [kPa]

( ) ( )e e D a skE h A A P P= × × −

31

Pourquoi la pression dans le calcul de E ?

Plus l’atmosphère est humide, plus l’évaporation est réduite

Elle devient même nulle si l’air est saturée en vapeur d’eau.

La chaleur est donc difficilement supportable en atmosphère humide

et il faut absolument prévoir une ventilation des locaux

Principale cause du ralentissement de l’évaporation : le port d’habits

mal adaptés.

La Sudation

Activité Consommation d'oxygèmeRejet respiratoire

Anhydride carbonique Vapeur d'eau

Repos assis 15 litres/heure 17 litres/heure 35 g/ heure

Travail modéré 30 litres/heure 45 litres/heure 60 g/heure

Taux moyens de consommation et rejet respiratoire

SudationJusqu’à 16°C, au repos : 0 g/heureÀ 33°C, au repos : 50 à 150 g/heureÀ 28°C, travail musculaire normal : 200 g/heure

L’OMS a fixé la perte sudorale max à 400 g/heure au repos et 700 g/heure en situation de travailAu-delà, il faut climatiser les locaux 33

34

Exercice d’application n°2

Bilan thermique à l’équilibre 

B = H + Φ + C + R + E = 0

35

Grandeurs 

Ta Tr Va

Pa (Humiditéabsolue de 

l'air)M (métabolisme)

W (Travail extérieur utile)

I clo(Isolement 

vestimentaire)Production de la chaleur interne x x

Echanges de chaleur par Rayonnment

x x

Echanges de chaleur par Convection

x x xPertes de chaleur par évaporation :

‐ Evap cutanée x x x

‐ Evap respiratoire x x

H = Flux de chaleur métabolique [W/m²]

36

Evaluation des ambiances thermiques

Evaluation des ambiances thermiques

L’évaluation globale des ambiances thermiques apporte au préventeur des informations sur la sévérité de la contrainte thermique

Prévision de l’astreinte = effet de la contrainte sur l’homme

En premier : sensation de gêne et d’inconfortAprès : stade de risque pour l’organisme.

37

La sensation de confort thermique dépend de :Plusieurs influences ambiantes :

Température sèche de l’airTempérature moyenne de rayonnementVitesse de circulation de l’airHumidité ambiante

Et de l’individu :ActivitéIsolation vestimentaire

Le confort thermique n’est pas un critère rigoureuxCréation d’échelles de variation de la sensation thermique

38

Notion de confort thermique

1. Confort thermique global : Appréciation subjective

Notion de confort thermique

Température 40°C 32°C 28°C

Humidité 26 % 68 % 100 %

Vitesse de l’air 1 m.s‐1 0.1 m.s‐1 0 m.s‐1

La notion de confort est équivalente pour ces trois exemples

2. Confort thermique local

Un  sujet  se  trouvant  dans  une  zone  de  confort 

thermique  n’en  sera  pas  totalement  satisfait  si  une 

partie de son corps est chaude et l’autre est froide.

Principales origines de ce genre d’inconfort :

Proximité de panneaux chauds ou de radiateurs

Courant d’air local :

vitesse d’air recommandée < 0.15 m.s‐1

vlim = 0.5m.s‐1

Notion de confort thermique

41

Echelles et indice d’estimation du confort thermique

Echelle BEDFORD Echelle ASHARE (USA)

Beaucoup trop chaud Chaud 

Trop chaud Tiède

Confortablement tiède Légèrement tiède

Tiède Neutre

Confortablement frais Légèrement frais

Trop frais Frais

Beaucoup trop frais Froid

42

Evaluation des ambiances thermiques Détermination des indices de contrainte

Ambiance thermique 

Environnement froid Environnement neutre Environnement chaud

Méthode Globale

WCI : Wind Chill Index/

WGBT : Wet Bulb Globe Temperature Index

(Indice de refroidissement par le vent)

(Indice global de contrainte thermique chaude)

Méthode Analytique

IREQRequired clothing insulation 

index

PMV‐PPD(Predicted Mean Vote Index‐

Percentage of Persons Dissatisfied)SWREQ

(Sweat Rate Required)

(Indice d'isolement vestimentaire requis)

(Vote moyen prévisible) (Indice de sudation requise)

Critères pour le choix d’un Indice :Possibilité d’utilisation en milieu réelValidité intrinsèque de l’indice

Ambiances chaudes: Normes

43

Ambiances modérées et froides : Normes

44

Températures des surfaces tangibles Ambiance thermique dans un véhicule

45

Normes relatives aux appareils de mesure et isolement thermique vestimentaire

46

A : Norme relative au mesurage physiqueB : Normes relatives aux indices de contrainteC : Normes relatives aux grandeurs physiologiquesD : Normes relatives aux échelles de jugement subjectifsE : Normes relatives à la surveillance médicale

47

12894

Pour résumer …

48

IREQ : indice d’isolement vestimentaireWGBT : indice global de contrainte thermique chaudeSWREQ : indice de sudation requise

3 ambiances selon la valeur de la température sèche de l’air (ta)- Froide : pour ta < 15°C- Neutre : pour 15°C < ta < 25°C- Chaude : pour ta > 25°C

49

Ambiance neutre : détermination de l’indice PMV à partir de la norme ISO 7730 (en annexe)

-0,5 < PMV < + 0,5 - 10% d’insatisfaits : zone de confort

1. Déterminer la valeur de production d’énergie métabolique M

(à chaque situation correspond une valeur correspondante de M)

2. Se placer dans le tableau correspondant en tenant compte:

a) L’ indice d’isolement vestimentaire

b) La température

c) La vitesse du vente

3. Reporter la valeur trouvée sur l’abaque

WGBT = une estimation de la contrainte thermique par évaluation

de l’effet moyen de la chaleur sur l’homme

A l’intérieur des bâtiments :

WBGT = 0,7 Thn + 0,3 Tg

A l’extérieur des bâtiments avec charge solaire :

WBGT = 0,7 Thn + 0,2 Tg + 0,1 Ta

Thn = Température humide naturelle (fonction de la teneur en eau de l’air, elle

permet de déterminer le taux d’humidité)

Tg = Température du globe noir

Ta = Température sèche de l’air

Indice global de contrainte thermique chaude WGBT

50

51

Exercice d’application n°3

Les ambiances chaudes

52

Différents types d’astreintes

Ambiance chaude Tentative d’équilibrer le bilan thermique par 3 mécanismes

(se traduisant par 3 astreintes) :

Thermostatique : élévation de la température superficielle afin d'augmenter les

échanges de chaleur par convection et rayonnement.

28°C < Tcutanée (normale) < 36°C

Seuil d'alarme = 42°C

Tcutanée = 43°C Sensation de brûlure.

Circulatoire : liée à la vasodilatation périphérique Augmentation du débit sanguin

et de la fréquence cardiaque risque de bas débit cérébral et d'hypotension artérielle.

Sudorale : Evaporation de la sueur = moyen le plus efficace de lutter contre la

chaleur mais l'évaporation de la sueur peut être entravée par le vêtement de travail.

53

Affections liées à la chaleur

Défaillance de la thermorégulationMalaise général avec accélération du pouls

Vertiges et troubles visuels

Vomissements et crampes musculaires

Possibilité d’un état de choc entrainant le décès

Mise en jeu excessive de la thermorégulationDéshydratation intra et extra cellulaires

Baisse de la pression artérielle

Troubles de la conscience, du gout et de l’odorat

Syncope de la chaleur : évanouissement sans élévation de la Tcentrale

Le coup de chaleur = une urgence thérapeutique : peut causer une mort brutale

si un refroidissement et une réhydratation ne sont pas rapidement entrepris.54

Collective :

L’isolement ou l’isolation des sources de chaleur.

Automatisation des tâches effectuées près de sources de chaleur intenses

Interposition d’écrans absorbants entre la source de chaleur et le travailleur

Ventilation et climatisation

Individuelle :

Vêtements métallisés ou en matériaux résistants à la chaleur

Bottes et gants

Lunettes protégeant des IR

Médicale

Moyens d’action - Prévention

55

Calcul du WGBT :Appréciation de la contrainte thermique subie par une personne placée en ambiance chaude

Les ambiances froides

56

Moyens de l’organisme pour la lutte contre le froid

Augmentation de la production de chaleur : travail musculaire

involontaire (tremblements et frissons)

Diminution des pertes de chaleur par :

Vasoconstriction périphérique : visible (pâleur cutanée) et

gênante (maladresse musculaire),

Augmentation du débit cardiaque : augmentation de la

fréquence et de la force de contraction cardiaque.

Convection : réduction de la sudation

57

Affections liées au froidAccidents généraux :

Se produisent lors d’exposition au froid de tout l'organisme ou d'une grande

surface de celui-ci

Effets : perte de chaleur + abaissement marqué de la température centrale.

Lieux : dans des chambres froides, lors de plongées, de travaux en altitude ou en

zone de type polaire

Accidents locaux :

Favorisés par l'absence d'exercice musculaire ou par une fragilité artérielle

Touchent surtout les extrémités

Engelures : des signaux d'alarme précieux.

Crevasses → Anesthésie locale plus ou moins complète

Gelures → Amputations

58

Moyens d’action - PréventionCollective :

Chauffer les locaux (dans la mesure du possible)

Si le froid est nécessaire :

Prévoir des pauses d’au moins 20 min dans des locaux chauffés

Mise à la disposition du personnel de boissons chaudes non alcoolisées

Prévoir des installations de surveillance à l'intérieur de la chambre froide

(voyants lumineux, interphone)

Prévoir des rondes en fin de poste pour s'assurer de l’absence de personnes

dans les locaux

Les portes doivent pouvoir facilement s’ouvrir de l'intérieur

Individuelle :

Port de vêtements appropriés assurant la neutralité thermique

Médicale 59

L'emploi des jeunes (- 18 ans) et des femmes enceintes est interdit de façon absolue lorsque T < 0°C

Risques thermiques dus aux surfaces tangibles

60

Les surfaces tangibles

Surfaces  accessibles  des  machines  qui  sont  chaudes 

lorsqu'elles fonctionnent  risque de brûlure. 

La  connaissance  des  facteurs  pouvant  entrainer  les 

brûlures  Bonne évaluation du risque

Les facteurs les plus importants :

La température de la surface

Le matériau constitutif de la surface

La durée du contact entre la peau et la surface.

61http://www.hubertfaigner.com/

Classification des brûlures

Premier  degré :  brûlures  superficielles  sur  une 

épaisseur partielle. Se traduisent par des rougeurs.

Deuxième  degré :  brûlures  profondes  sur  une 

épaisseur partielle. Apparition de cloques.

Troisième degré : brûlures sur  toute  l'épaisseur de  la 

peau  Destruction  de  la  peau  et  formation  de 

cratères. 62

http://www.hubertfaigner.com/

Evaluation des risques de brulures

Elle nécessite de : 

Mesurer la température des surfaces chaudes

Déterminer les seuils de brûlures en fonction de la durée de contact 

Interpréter  les  résultats  pour  pouvoir  prendre  des  mesures  de 

protection. 

La Mesure de Tsurface se  fait sur  les parties de  la machine où le contact 

peut se produire. 

Importance de la précision de l'instrument :

Au moins +/‐ 2°C pour une température supérieure à 50°C 

Au moins +/‐ 1°C pour une température inférieure à 50°C. 

63http://www.hubertfaigner.com/

Exemples de durées de contact

64http://www.hubertfaigner.com/

Seuils de brulures = f (nature du matériau, durée de contact)

65

Métal nu

Céramique, verre et pierre Plastique Bois

Interprétation

Si Tsurface(mesurée) ≥ Tseuil_brûlure Risques de brûlure  Nécessité de prise de 

mesures de protection 

Mesures d'autant plus importantes que : 

Le dépassement de  la  température de  la  surface mesurée par  rapport au 

seuil est important

le temps de contact est long 

le risque de brûlure n'est pas connu par la personne

la possibilité d'une réaction de retrait est peu probable 

le risque de contact est inhérent à une utilisation normale de l'équipement

le contact peu se produire fréquemment  66http://www.hubertfaigner.com/

Mesures de protectionMesures techniques : 

Diminution de la température de surface 

Isolation de la machine

Pause de protecteurs (écrans ou barrières) 

Mesures d'organisation : 

Installation de signaux d'alarmes (visuelles et sonores) 

Formation du personnel 

Mise à disposition de documentation technique

Mesures  de  protection  individuelle  : Port  d’équipement  de  protection 

individuelle. 

67http://www.hubertfaigner.com/

Métrologie des ambiances thermiques

68

Rappel des paramètres intervenant dans le bilan thermique

Paramètres ambiants:

Température

Humidité

Vitesse de l'air

Température moyenne de rayonnement

Paramètres propres au sujet exposé :

Métabolisme calorique 

Température cutanée

Isolement vestimentaire

69

Les techniques de mesure ???

Une  bonne  évaluation  du  bilan  thermique,  indispensable  à une 

évaluation de  la situation de  travail, exige une bonne estimation

de l'ensemble de ces grandeurs

La mesure des paramètres ambiants et des paramètres propres au 

sujet exposé permet :

Une  évaluation  de  la  contrainte  thermique  subie  (sudation 

requise, WBGT, TEC ...) 

De prévoir et de limiter l'astreinte thermique développée

70

Remarque : L'approximation de l'astreinte physiologique peut également s'effectuer directement par la mesure des principales réactions physiologiques (débit sudoral, élévation des températures corporelles, augmentation de la fréquence cardiaque).

Mesure des paramètres physiques

71

Mesure de la température

72

Moyens de mesure de la température de l’air

Différents types de thermomètres

Thermomètres à dilatation de liquides (alcool)

Thermomètres à dilatation de solides  (bilame)

Thermistances

Thermocouples.

∀ le  type  de  capteur  utilisé,  celui‐ci  ne  peut  mesurer  que  la température  à laquelle  il  se  trouve  lui‐même  Elle  devrait  être 

égale à celle de l'air que l'on veut mesurer. 

Principales causes d'écart de température entre un capteur et l'air :

L’ inertie thermique 

Echanges  de  chaleur  par  rayonnement  avec  l'environnement et  par 

conduction avec le support.73

Comment minimiser les écarts de températures??

1. Prise  en  compte  de  l'inertie  thermique :  ne  pas  effectuer  de 

mesure avant que ne  se  soit écoulé un  temps d'environ 5  fois  la 

constante de temps de la sonde. 

2. Réduction de l’influence du rayonnement : 

Interposition d'un écran entre le capteur et l'environnement 

Augmentation de  la vitesse de  l'air  favorisant  les échanges de 

chaleur par convection. 

74

Remarque : Certains dispositifs utilisent simultanément ces différents

modes de protection et conduisent ainsi à de faibles erreurs de mesure.

Mesure de la température de rayonnement

75

Mesure de la température moyenne de rayonnement (Tr)

Mesurée  à l’aide  un  globe  noir  qui  tend  à s'échauffer  sous 

l'influence  des  rayonnements  issus  des  différentes  sources  de 

chaleur  de  l'enceinte  et  à se  refroidir  sous  l'influence  des 

échanges par convection avec l'air (ou  inversement).

La  température de globe  tend donc vers un équilibre  lorsque  les 

échanges par convection et par rayonnement s'identifient

76

Précautions à prendre pour la mesure de (Tr)

Le  temps  de  réponse  du  globe  ≈ 20  à 30  minutes  selon  les 

caractéristiques du globe et selon les conditions ambiantes 

il  ne  peut  pas  être  utilisé pour  déterminer  la  Tr d'ambiances 

rapidement variables

L'émissivité du  globe noir doit être maintenue  aussi proche que 

possible de 1 par l'application régulière d'une peinture adéquate.

Du  fait  de  la  forme  sphérique  du  globe,  les  effets  d'un 

rayonnement  latéral  peuvent  être  sous‐évalués  pour  un  sujet 

debout  Un  cylindre  homothétique  à l'homme,  ou mieux  une 

ellipsoïde seraient plus adéquats.77

Mesure de la vitesse de l’air

78

Mesure de la vitesse de l’air

Elle intervient dans les échanges de chaleur par convection et par 

évaporation et celles existant au niveau de la surface cutanée. 

Elle  peut  être  décomposée  en  deux  termes  s'ajoutant 

algébriquement : 

la vitesse propre de l'air par rapport à un objet immobile

et  la  vitesse de déplacement de  l'objet par  rapport  à un  air  

immobile.

La  mesure  de  la  vitesse  propre  de  l'air  s'effectue  au  moyen 

d’anémomètres

79

Les anémomètres directionnels

Ils mesurent la vitesse de l'air dans l’un des 3 axes de l'espace

il convient de faire 3 mesures selon les axes perpendiculaires 

et d'en déduire la vitesse efficace de l'air :  

Exemples :  

anémomètres à fils chauds

anémomètres à moulinet, 

anémomètres à coupelles. 

80

2 2 2x y zV V V V= + +

Les anémomètres à sonde multidirectionnelle 

Une seule mesure est suffisante 

Mesure  Va est  fondée  sur  la  mesure  du  transfert  de 

chaleur  entre  un  élément  chaud  (exemple  :  boule 

chaude) et l'air ambiant

81

( )c a c aP h T T Vη= −

-2

-2 -1c

c

a-

a

P = puissance de chauffage reçue par l'élément (W. m )h = coefficient de convection de l'élément (W. m .K )T = température de l'élément (K)T = température de l'air (K)

V = vitesse de l'air (m.s 1)

⎧⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎩

Calcul de la température effective corrigée

82

1. Joindre Tsèche avec THumide

2. Trouver  l’intersection  avec  les 

courbes de vitesse du vent

3. Reporter  la valeur  trouvée sur 

l’isotherme  de  température 

effective corrigée

Exemple :

Tair sec = 28°C

Tair Humide = 25°c

Vair = 0.25 m.s‐1

Teffective = 25°C

Exercice d’application n°4

83

Mesure de la pression partielle de vapeur d’eau

84

Caractéristiques de l’air humide

L'air humide = Gaz  constitutifs de  l'air  sec  (O2, N2, ….) + Vapeur 

d'eau

Pour  une  température  T  donnée,  l'air    humide  renferme  une 

quantité de vapeur d'eau variable, mais  limitée

Au‐delà de  cette  valeur,  la  vapeur  d'eau  se  condense air 

saturée  Atteinte de la température de rosée (dew point)

Lorsque  la  température  augmente,  la  quantité maximale  d'eau 

que l'air peut contenir augmente

85

Grandeurs caractéristiques de l'air humide 

Pression partielle de vapeur d'eau [kPa] = Pv =  pression qu'exercerait la vapeur d'eau si elle 

occupait seule le volume qu'occupe l'air humide à la même température T 

Pression  de  vapeur  d'eau  saturante  [kPa] =  Psat=  pression  partielle  de  la  vapeur  d’eau 

existant dans un mélange d’air humide saturé, à la température T Psat ≥ Pv

86

1 v

as

mmasse de vapeur d 'eaug. kg x = masse d 'air sec d 'un échantil

lon d 'air humide m

' −⎡ ⎤ = =⎣ ⎦Humidité absolue de l air

v

sat

[ P (T)R] HP (T)

% = =Humidité relative

Hypothèse : gaz parfaits

RH = ??

vvv v v

vv v

s satsat s sat

v

mm R TP (T) V n R T P (T)MM V P (T)

m R T P (T)P (T) V n R T P (T)M V

⎫= ⇒ = ⎪⎪ ⇒ =⎬⎪= ⇒ =⎪⎭

R TV

s

v

mM

R TV

( )( )

vv

sat sat

m TP (T)RHP (T) m T

⇒ = =

Température  de  rosée  =  Tdw : température  d'air  pour  laquelle  la 

pression partielle Pa serait saturante

Température humide    =  TH :  température  lue  sur  un  thermomètre 

dont  le capteur est maintenu humide au moyen d'une mèche de gaz 

mouillée et qui est ventilé à une vitesse d'air supérieure à 4 m.s‐1 (°C).

87

Grandeurs caractéristiques de l'air humide 

Mesurage

Psychromètre Thermo-hygromètreDétermination du taux

d’humidité88

Détermination de la TH

Diagramme psychrométrique

89

Caractéristiques de l'ambiance thermique repérée sur la figure :

Tas= 30°CPv = 1,7 kPaRH = 40 %

TH= 20°CTdw= l5°C