Refroidissement éolien

Refroidissement éolien
Cycliste hivernal devant se protéger du refroidissement éolien.

Le refroidissement éolien, parfois aussi appelé facteur vent dans le langage populaire, désigne la sensation de froid induite par le vent sur un organisme qui dégage de la chaleur et qui s'ajoute à la température réelle de l'air ambiant. Paul Siple et Charles F. Passel ont développé le concept facteur du refroidissement éolien juste avant l'entrée des États-Unis dans la Seconde Guerre mondiale lors d'expériences en Antarctique[1].

Le concept s'est graduellement répandu ensuite grâce au service météorologique des États-Unis. Environnement Canada et d'autres service nationaux de météorologie l'utilisent afin de pouvoir quantifier la température perçue, en cas de froid intense, par le corps humain en combinant la vitesse du vent et la température extérieure.

Sommaire

Histoire

Double disque de carton tournant, pour le calcul de l'effet du refroidissement éolien

Paul Siple est un scientifique de l'United States Antarctic Service Expedition entre 1939 et 1941. Il défend sa thèse doctorale sur le froid en Antarctique et ses effets sur les explorateurs en 1939. Dans son mémoire, il crée le terme «Windchill factor». De retour à la base américaine de Little America III, avec son assistant Charles Passel, il note le taux de refroidissement d'une quantité d'eau dans un cylindre et le temps pour qu'elle gèle dans différentes conditions de température et de vent. Les deux chercheurs en tirent une relation dès 1940 mais elle ne sera publiée qu'en 1945 dans le Journal of American Philosophical Society à cause de ses utilisations militaires probables[1].

Cette relation était très approximative, reliant la perte de chaleur de l'eau aux effets complexes de la couche d'air chaud à la surface d'un être vivant et de l'air ambiant. Malgré ces limitations, le concept s'est répandu à travers le monde. Il était particulièrement intéressant pour les militaires devant se déplacer dans les régions froides mais il est devenu commun dans les bulletins météorologiques.

Durant l'année 2001, une équipe de scientifiques et d'experts médicaux du Canada et des États-Unis ont travaillé ensemble pour mettre au point un nouvel indice de refroidissement éolien plus conforme à la réalité. Des volontaires ont été exposés à plusieurs combinaisons de températures et de vitesses de vent dans une soufflerie réfrigérée. Les chercheurs ont noté les taux de perte de chaleur de leur visage, la partie généralement exposée en hiver, autant quand celui-ci est sec ou mouillé. Le nouvel indice est utilisé depuis ce temps dans les deux pays[2].

Effet

Le refroidissement éolien désigne une sensation ressentie directement par le corps d'un être vivant à sang chaud. Le déplacement d'air, en soi, ne fait pas baisser la température. Cependant, un homme ou un animal forme une couche d'air à la surface de sa peau grâce à son métabolisme interne. L'air est un excellent isolant thermique et cette couche emprisonnée dans les vêtements ou la fourrure garde la peau à une température constante[2].

En temps normal, seule la convection enlève cet air réchauffé. Cependant, exposée au vent, le corps perd cette couche protectrice et amène en permanence de l'air à température ambiante au contact de la peau alors que le corps essaie de remplacer la couche chaude. Ce mécanisme intervient lorsque la température de l'air est inférieure à la température d'équilibre thermique (voir l'article Isolation vestimentaire). De plus, lorsque la température est suffisamment élevée, l'eau, notamment la transpiration, s'évapore et crée une zone d'air humide autour de la personne. Le mouvement d'air chasse également cet air humidifié et apporte de l'air plus sec, favorisant ainsi l'évaporation donc le refroidissement.

La sensation de refroidissement est donc variable d'un individu à l'autre et l’indice de refroidissement éolien est une quantification du taux de perte de chaleur. Il n'est applicable qu'aux êtres vivants à sang chaud. Il n'est pas applicable à un objet inanimé, comme une auto, car celle-ci perdra rapidement sa chaleur pour atteindre celle de l'air et le refroidissement éolien n'existera plus ensuite.

Plus la température est basse et plus l'impact du vent sur la température perçue par le corps humain est grand. Ainsi, on estime qu'à -20 °C, un vent de 50 km/h fait baisser la température perçue par le corps de 15 °C, soit l'équivalent d'une température de -35 °C par temps calme (sans vent). On comprend mieux pourquoi les pays nordiques sont plus sensibles à ce sujet que les pays plus tempérés. Au Canada, par exemple, le refroidissement éolien est indiqué lors des informations météorologiques[2]. Les valeurs du refroidissement éolien sont des indications utiles par exemple aux cyclistes et motocyclistes pour se représenter le refroidissement auquel leur corps est exposé en fonction de leur vitesse de déplacement.

Calcul

La relation de Siple et Passel était exprimée en watts de perte de chaleur par mètre carré de peau exposée. Ces unités étaient jugées difficiles par le public, le nouvel indice s'exprime maintenant par un nombre ressemblant à la température en degrés Celsius (Canada) ou en degrés Fahrenheit (États-Unis), le format privilégié par la majorité de la population[2].

Il est souvent légendé comme température ressentie, bien qu'il soit en réalité un nombre sans unité. Ceci signifiant seulement que la valeur équivaut à la sensation ressentie sur la peau par une journée calme à cette température. La formule de calcul du refroidissement éolien est la suivante pour avoir un nombre similaire à des degrés Celsius :

R = 13,\!12 + 0,\!6215 \,T + (0,\!3965 \, T - 11,\!37) \times V^{0,\!16}, où T est température ambiante exprimée en °C et V est la vitesse du vent exprimée en km/h. Le refroidissement éolien n'est pas défini pour des vitesses de vent inférieures à 5 km/h.
Tableau de calcul du refroidissement éolien
Vitesse du vent
(km/h)		 Température (°C)
5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40 -45
5 4 -2 -7 -13 -19 -24 -30 -36 -41 -47 -53
10 3 -3 -9 -15 -21 -27 -33 -39 -45 -51 -57
15 2 -4 -11 -17 -23 -29 -35 -41 -48 -54 -60
20 1 -5 -12 -18 -24 -30 -37 -43 -49 -56 -62
25 1 -6 -12 -19 -25 -32 -38 -44 -51 -57 -64
30 0 -6 -13 -20 -26 -33 -39 -46 -52 -59 -65
35 0 -7 -14 -20 -27 -33 -40 -47 -53 -60 -66
40 -1 -7 -14 -21 -27 -34 -41 -48 -54 -61 -68
45 -1 -8 -15 -21 -28 -35 -42 -48 -55 -62 -69
50 -2 -8 -15 -22 -29 -35 -42 -49 -56 -63 -69
55 -2 -8 -15 -22 -29 -36 -43 -50 -57 -63 -70
60 -2 -9 -16 -23 -30 -36 -43 -50 -57 -64 -71
65 -2 -9 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -58 -65 -72
70 -2 -9 -16 -23 -30 -37 -44 -51 -58 -65 -72
75 -3 -10 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -59 -66 -73
80 -3 -10 -17 -24 -31 -38 -45 -52 -60 -67 -74
100 -3 -11 -18 -25 -32 -40 -47 -54 -61 -69 -76

Notes

Voir aussi

Systèmes métérologiques souvent associées :

Liens externes


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