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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
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