Un peu de physiologie

Comprendre l’impact des brasseurs d’air sur le confort thermique humain nécessite d’avoir quelques notions de base sur le fonctionnement de cette machine thermique extraordinairement sophistiquée et performante, qui s’appelle le « corps humain ».

Tout d’abord, et afin d’assurer dans des conditions idéales ses fonctions vitales, celui-ci doit être maintenu à une température proche de 37° C par un ensemble de principes de rétention ou d’évacuation de la chaleur qui sont sollicités, en fonction des conditions extérieures de température et d’hygrométrie, afin de maintenir en permanence la « machine humaine » en équilibre thermique à cette température interne constante. Nous ne rentrerons pas dans toutes les fonctionnalités complexes de cette évacuation ou de cette rétention de chaleur au niveau de l’appareil circulatoire (notamment la vaso-dilatation, la vaso-constriction, etc.) pour limiter notre observation à l’échange thermique qui se produit à la surface de la peau.

En période froide, l’échange thermique est « simple » : le corps perd de la chaleur. Pour maîtriser cette perte thermique, il faut ramener l’échange à un niveau de neutralité en diminuant donc cette déperdition. Tout d’abord au niveau de la peau (grâce à des vêtements) et/ou au niveau de l’espace habité (grâce au « chauffage » qui peut être passif par l’architecture ou encore actif par des équipements de chauffage), soit encore en augmentant la chaleur produite par le corps lui-même en « bougeant ». Cette augmentation volontaire de l’activité métabolique peut faire que la machine humaine passe de 100 W à plus de 1 000 W de puissance thermique dissipée.

En période chaude, l’échange est plus complexe, car il s’agit de faire en sorte que l’organisme évacue, essentiellement par sa peau, la chaleur qu’il produit pour rester à cette température interne proche de 37° C.

« L’intelligence » des brasseurs d’air (et autres dispositifs de ventilation naturels ou mécaniques) est de stimuler le fonctionnement naturel d’évacuation de chaleur au niveau de la peau, c’est à dire la zone principale d’échange thermique intérieur- extérieur du corps en tant que machine thermique. A contrario, les systèmes de refroidissement, au lieu de stimuler cet échange thermique épidermique et dermique (atchoum), refroidissent « bêtement » (c’est à dire très inefficacement sur le plan énergétique) l’ensemble de la pièce pour que celle-ci refroidisse à son tour le corps.

Cette stimulation d’évacuation de chaleur est basée sur deux phénomènes d’échange thermique :

• un échange de type « convectif » à la surface de la peau qui peut avoir lieu tant que la température de l’air est inférieure à celle de la peau (qui est autour de 33° C). L’évacuation de chaleur est proportionnelle à l’écart de température peau- ambiance.
• un échange de type « évaporatif » qui peut avoir lieu tant que l’air ambiant n’est pas saturé (c’est-à-dire à 100 % d’humidité relative) et qui permet, par l’intermédiaire de la mobilisation, répartie à la surface de la peau, de l’eau contenue dans le corps grâce à ses pores, de « créer du froid » en permettant la valorisation de la chaleur latente de vaporisation de l’eau (c’est-à-dire la propriété d’un liquide d’absorber de la chaleur – et donc de produire de la fraîcheur – lorsqu’il passe de l’état liquide à l’état gazeux).

Dans la plupart des cas, l’échange thermique stimulé par les brasseurs d’air résulte de la combinaison de ces deux phénomènes de convection et d’évapo- transpiration.

Ces deux modes de transfert ont lieu sans vitesse d’air mais ils augmentent tous avec l’accroissement de la vitesse d’air à la surface de la peau.

Cette vitesse devra toutefois être maintenue à un niveau inférieur à une valeur limite (de l’ordre de 2 m/s) pour ne pas créer un inconfort physiologique ou fonctionnel par excès de ventilation :

• soit parce que cette ventilation créera un refroidissement excessif ;
• soit parce que cette ventilation en stimulant fortement une partie du corps et non pas son ensemble, créera un malaise physiologique. Le corps humain « ne sait pas » se défendre en partie contre le « trop chaud » et en partie contre le « trop frais » ;
• soit parce que cette ventilation créera des désordres dans l’espace : papiers qui volent, portes et fenêtres qui claquent, stores qui bougent…

L’occupant devra alors avoir la possibilité de régler la vitesse de son brasseur d’air pour littéralement « ajuster » cet échange en fonction des conditions de température et d’hygrométrie de la pièce et de ses paramètres « personnels » : vêture et métabolisme.

Le rôle d’un brasseur d’air plafonnier est d’augmenter cette vitesse d’air pour généraliser cette accélération d’évacuation thermique permettant au corps humain de rester à 37° C. Cette vitesse sera répartie de manière assez uniforme sur le corps, car le souffle de haut en bas enveloppera la quasi-totalité de la surface du corps d’un flux assez uniforme.

C’est ce qu’on observe dans la réalité opérationnelle des retours d’expérience de projets réalisés.