La thermique humaine, les couches de vêtements et l’extérieur

8 Oct. 2021 | Analyses VISION, Sports de montagne

L’agence Codezero mène depuis des années un travail de détection, d’analyse et de recherche. Notre expérience, nos échanges, nos missions auprès de nos clients nous permettent d’enrichir sans cesse nos connaissances et nos Insiders sont également à même de porter un regard différent sur l’existant. Toujours avec la même idée à l’esprit : inspirer l’innovation. Ainsi, Pascal Lenormand, décortique le fonctionnement du vêtement et interroge nos certitudes. C’est assez technique, mais très enrichissant.

Codezero

Que l’on observe le scaphandre du spationaute, l’équipement d’un pompier, ou une combinaison de haute altitude ou de plongée, la même remarque s’applique : ces « habits de l’extrême » sont conçus et fonctionnent comme un ensemble remarquablement homogène. C’est plutôt logique : dans un environnement hostile, les besoins de protection sont globalement les mêmes à tout endroit du corps. Le rôle de l’habit est là ; réguler les échanges avec l’environnement.

Cette notion « d’habit » n’est pas récente : on peut l’observer tout au long de notre histoire. Les musées présentent ainsi des tenues représentatives des régions et des corps de métier. L’habit dans son ensemble était ainsi caractéristique d’une fonction ou d’un moment, et chacun en possédait un nombre très limité. Ce qui peut frapper à notre époque, ce n’est pas tant la multitude des habits, mais plutôt leur fractionnement.

Il est devenu plutôt rare, hormis pour les costumes de bureau, de penser et d’agir en « système complet ». Ainsi, la plupart des offres de fabricants de vêtements outdoor techniques sont structurées en :

  • Vestes, doudounes, softshells…
  • Pantalons formant une catégorie indépendante,
  • « Accessoires » regroupant les bonnets, gants et autres cache-cols.

Autant de composants, à priori indépendants, imaginés comme briques de base d’un système plus grand supposément très modulable.

Pourtant, les activités outdoor imposent bien souvent d’affronter des climats et conditions plutôt bien caractérisés. De fait, sur le terrain, on distingue bien « l’uniforme » de l’alpiniste de celui du trail-runner, ou du marin. Il reste pourtant à la charge de l’utilisateur d’élaborer sa tenue en piochant en magasin les composants d’un ensemble adéquat. Sur quelle base ? Principalement sur les « histoires » de milieu, relevant aujourd’hui moins de la pratique, que des discours marketing des fabricants.

Le fameux « systèmes trois couches », sorte de pensée unique de l’habillement outdoor depuis les années 80, en est un parfait exemple.

Que se passerait-il, si ignorant des mythes et coutumes récentes autour de l’habillement outdoor, nous allions innocemment nous équiper ? Que chercherions-nous dans les magasins si nous choisissions nos équipements sur des critères purement fonctionnels ?

C’est un exercice intéressant que nous pouvons mener sur la base des principes de la thermique humaine. Il devient passionnant si on l’applique à de l’habillement non spécifique, par exemple en se posant la question suivante : quel est le « sac minimum » que je peux constituer pour affronter un maximum de situations ?

Ce pourrait être la question que se poserait un voyageur désargenté ou une voyageuse évidemment, avant de se lancer dans un tour du monde : quelles pièces d’habillement au minimum pour un maximum de situations ? Les grandes lignes d’une telle réflexion nous permettront d’identifier des enjeux majeurs pour envisager notre relation aux vêtements.

L’habit comme interface avec l’environnement

Pour résumer, le corps humain échange de la chaleur avec son environnement par trois modes principaux :

  • La conduction : les échanges se produisent par contact, soit directement de la peau avec un matériau, soit « à travers » un vêtement, une semelle.
  • La convection : la chaleur est transportée par des masses d’air ou d’eau qui balayent le corps.
  • L’évaporation : de l’eau liquide se trouvant à la surface de la peau s’évapore en absorbant une certaine quantité d’énergie et refroidissant ainsi le corps.

On négligera pour simplifier les transferts par rayonnement. Par ailleurs, le corps cherche à maintenir la température interne du noyau thermique à un niveau plus ou moins constant, en ajustant les déperditions thermiques avec la quantité de chaleur à évacuer, laquelle dépend directement du niveau d’activité. Pour cela, et dans les conditions courantes qui nous intéressent, il y a deux grandes familles de moyens :

  • Les moyens physiologiques : notre hypothalamus régule l’apport sanguin dans les zones périphériques de l’organisme par vasoconstriction ou vasodilatation. Il peut également mettre en route la transpiration (donc l’évaporation) ou le frisson (une production de chaleur par contraction musculaire). On considère en général que si l’on transpire ou frissonne, c’est que nous sommes sortis de la zone de confort.
  • L’habillement : il nous permet d’ajuster des échanges entre la peau et l’environnement extérieur selon les trois grands modes d’échange que nous avons cités.

Sur la base de ce modèle très simple, nous pouvons reformuler la question que nous nous sommes posée de la manière suivante : quels sont les articles d’habillement dont les combinaisons permettent de balayer un large spectre sur les échanges par conduction, convection et évaporation ?

Des vêtements pour moduler l’isolation

Le pouvoir isolant d’un matériau, et par extension d’un vêtement, c’est sa capacité à diminuer les pertes par conduction. Ce « pouvoir isolant d’un vêtement » est en général exprimé en Clo. En explorant un peu le sujet, on arrive rapidement à la conclusion que, si l’on parvient à se créer des habillements homogènes entre 3 et 4 Clo, on peut déjà gérer de nombreux cas de figure. Concrètement ? Cela représente une épaisseur de 2 à 2,5 cm environ. C’est faisable, mais attention : puisque l’objectif est le confort dans le monde réel, cette épaisseur doit représenter la distance entre la peau et la surface extérieure du vêtement en situation réelle.  Et dans ce monde réel, nombre de situations ou de configurations compriment les isolants sur le corps, diminuant l’épaisseur, et augmente considérablement les déperditions par rapport à la théorie. C’est par exemple le cas sur les épaules, les cuisses, les fesses, parfois les seins, etc.

C’est la raison pour laquelle Salomon a déposé, en 2002, un brevet spécifique portant sur la gestion de la compressibilité des isolants pour les articles d’habillement. Nous avons donc identifié une valeur typique maximale. Encore une fois dans le monde qui est le nôtre, il s’agit de gérer un ensemble modulable.  C’est très facile l’utilisation des empilements : à chaque ajout de pièce, on ajoute une « couche » d’air contribuant à l’isolation.

Des vêtements pour gérer les flux d’air 

La régulation de l’isolation permet déjà de réguler assez largement les débits d’air, l’ajout de vêtements créant déjà une plage de pertes de charge aérauliques (science de l’écoulement de l’air). Le seul besoin restant est celui d’une petite couche supplémentaire permettant, par exemple par situation de grand vent, de finir de « fermer » l’habillement. Nous parlons ici d’un petit coupe-vent, qui n’a besoin d’aucune technicité particulière.

Doit-il être « respirant » ? Non. Souvenez-vous : s’il y a transpiration, c’est que l’isolation était trop importante, et que le principal transport d’humidité ne se produit jamais à travers le matériau, mais par les ouvertures. De ce point de vue, le cou est un endroit particulièrement critique.

Il est donc utile d’organiser spécifiquement la gestion de cette zone, par exemple en complétant la panoplie d’un foulard ou un tour de cou.

Des vêtements pour gérer l’eau

Nous avons tellement intégré le fait qu’il est important de se protéger de la pluie et de l’humidité extérieure que nous en oublions presque de nous poser la question : pourquoi est-ce un problème ? Ce n’est pas si évident que ça. En effet, le corps humain ne possède pas de capteur de « mouillé ». En réalité, la présence d’eau n’est problématique que dans deux dimensions :

  • Son évaporation provoque un refroidissement intense et/ou le contact avec de l’eau à une température différente de celle de la peau, provoque une déperdition thermique intense.
  • Sa présence provoque un toucher différent du touché sec et souvent désagréable, voire douloureux lorsqu’il y a friction.

Le vêtement sera donc d’autant plus efficace qu’il ne permet pas à l’eau de pénétrer nos couches isolantes. On cherchera aussi à ce qu’il ne se gorge pas d’eau, par exemple par des phénomènes de déperlance.

Là encore, nul besoin de technicité de pointe : quand on cherche de l’étanchéité… on cherche de l’étanchéité ! Observons ce qu’utilisent les marins bretons. Enfin, nos vêtements gèrent également l’humidité intérieure, la transpiration. C’est un sujet à part entière, et peut-être le plus mal maîtrisé aujourd’hui… Pour aujourd’hui, contentons-nous de dire qu’avec une tenue bien agencée sur les deux points précédents (l’isolation et la ventilation), on réduit très largement le « problème » des sous-vêtements humides…

Ces observations ne sont nullement spécifiques aux vêtements ou même à l’outdoor. Dans le domaine de la performance énergétique des bâtiments, par exemple, le fait de baser une conception sur la faible compétence et la faible implication de l’habitant est un facteur reconnu de surenchère technologique… et financière.

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