AMBIANCES THERMIQUES. Mesurage des ambiances bioclimatiques. Évaluation d une ambiance thermique de travail

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1 AMBIANCES THERMIQUES Mesurage des ambiances bioclimatiques Évaluation d une ambiance thermique de travail

2 INTRODUCTION L Homme est un homéotherme. Température centrale constante 37 C (36,8-37,2) avec une variation maximale de 1,2 C. Température cutanée avec une variation maximale de 5 C. Le maintien de l'homéothermie impose l'équivalence entre : * La quantité de chaleur reçue du milieu extérieur, ajoutée à celle produite par l'organisme (résultant à la fois du métabolisme de base et du métabolisme énergétique nécessaire au travail accompli) * et la quantité de chaleur cédée au milieu environnant. Une ambiance chaude sera donc celle qui freinera voire interdira l'évacuation complète des calories reçues ou produites par l'organisme. Une ambiance froide sera donc celle qui provoquera une déperdition calorique. 2

3 RAPPELS DE PHYSIQUE Mécanismes des échanges thermiques : La convection : Transfert de chaleur entre le corps et un fluide = air ambiant. Le rayonnement : Émission d un rayonnement électromagnétique d un corps en fonction de sa température et de son émissivité. La conduction : Échanges de chaleur entre les surfaces en contact. L évaporation : L évaporation de 1 ml d eau consomme 0,6 Kcal. 1 KCal/m² = 1,16 Watt/m² = 4,2 Joules Quantité d énergie nécessaire pour faire passer la température de 1 litre d eau de 14,5 C à 15,5 C Les échanges se font toujours du «plus» vers le «moins». 3

4 RAPPELS DE PHYSIQUE La convection : Transfert de chaleur entre le corps et un fluide = air ambiant (KCal/m²) C = Kc. (ta - tp). Va 0.6. S Kc : coeff. de convection de la paroi du corps concerné ta : température sèche de l'air, en C tp : température moyenne de la paroi du corps concerné, en C Va : vitesse de l'air, en m/s S : surface d échange en m². 4

5 Le rayonnement : RAPPELS DE PHYSIQUE Transfert de chaleur entre un corps solide et un fluide par rayonnements électromagnétiques (Kcal/h). R = 4,4. (tg - tp). S tp : température moyenne de la peau, en C tg : température moyenne de rayonnement, en C S : surface cutanée en m². 5

6 RAPPELS DE PHYSIQUE La conduction : Échanges de chaleur entre les surfaces en contact (Kcal/h). P = k. (t1 - t2). S/e k : coefficient de conductibilité thermique de la paroi t1 et t2 : température de surface de part et d'autre de la paroi, en C e : épaisseur de la paroi, en m. S : surface de contact, en m². 6

7 RAPPELS DE PHYSIOLOGIE L Homme est un homéotherme : Température centrale constante 37 C (36,8-37,2) avec une variation maximale de ± 1,2 C. Production de chaleur endogène : production énergétique. métabolisme de base, de repos (digestion, thermorégulation). métabolisme de travail (rendement mécanique: 10 à 25 %...) Une augmentation de 1 C de température centrale accélère la Fc de 33 bpm. Température cutanée avec une variation maximale de ± 5 C. Mécanismes de thermorégulation = maintien de l homéothermie : Mécanismes physiologiques Mécanismes comportementaux Autres facteurs: individuels et l acclimatement Astreinte sudorale Astreinte thermostatique Astreinte circulatoire Astreinte psychomotrice 7

8 RAPPELS DE PHYSIOLOGIE Mécanismes physiologiques de thermorégulation : Régulation thermique par l hypothalamus Stimulus thermique détecté par des thermorécepteurs périphériques peau récepteurs profonds (organes abdominaux, muscles, troncs veineux ) récepteurs profonds du SNC Réponses efférentes : (SNA) circulatoire (cutanée, musculaire, rénale, splanchnique) sudorale (glandes sudoripares) cardiorespiratoire 8

9 RAPPELS DE PHYSIOLOGIE Mécanismes comportementaux de thermorégulation : Adaptation de l activité musculaire (métabolisme énergétique) Ajustement des apports hydriques (quantité, température) Ajustement de la ration calorique (quantité, origine) Adaptation vestimentaire Optimisation de la durée d exposition, des horaires d activité, des temps de pauses 9

10 Autres facteurs influençant la thermorégulation : Acclimatement : RAPPELS DE PHYSIOLOGIE ajustements adaptatifs permettant une meilleure tolérance à la chaleur 8 à 12 jours meilleure efficacité de la sudation réduction du risque de troubles ioniques ( diminution de la teneur en chlorure de sodium) Non acclimaté: 1l de sueur contient 5 g de sel Acclimaté: 1l de sueur contient 1g de sel réduction de l astreinte cardio-vasculaire Age, morphotype, obésité, grossesse Entraînement et condition physique États pathologiques Médicaments, alcool, toxiques 10

11 AMBIANCES THERMIQUES CONTRAINTES ZONES EFFECTRICES STRUCUTURES THERMO SENSIBLES DU SN VARIATIONS DES PERFORMANCES PSYCHO SENSORI MOTRICES EFFECTEURS ASTREINTES VAISSEAUX MUSCLES GLANDES SUDORIPARES CIRCULATION RESPIRATION EXCRETION RENALE VARIATIONS DES CAPACITES DE REPONSE AUX AUTRES SOLLICITATIONS ALIMENTATION TRAVAIL ALTITIUDE SIGNAUX DEFAILLANCE THERMOREGULATION EXCES HYPERPYREXIE ISOLEE INSOLATION COUP DE CHALEUR COUP DE FROID COMA HYPOTHERMIQUE SYNCOPES ALTERATIONS DU MILIEU INTERIEUR ALTERATION DES SURFACES BRULURES ENGELURES HOMEOTHERMIE

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13 RAPPELS DE PHYSIOPATHOLOGIE Les effets de la contrainte thermique : Les manifestations inconfortables : effets psychologiques variation de la température centrale < 0.8 C Les manifestations physiologiques : seuil d alarme variation de la température centrale > 0.8 C < 1,2 C Les manifestations pathologiques : seuil de danger élévation de la température centrale > 1.2 C 13

14 RAPPELS DE PHYSIOPATHOLOGIE Manifestations inconfortables : * Physiques : (SNA) - sensation de chaud / de froid - variation du tonus musculaire, frisson, agitation - manifestations respiratoires (FR, broncho constriction), - manifestations cardio-circulatoires (Fc, PA, débit circulatoire, vasodilatation / vasoconstriction, congestion périphérique, - sudation abondante / paradoxale * Conséquences sur les performances : - fatigabilité, - altérations des performances psycho-sensori-motrices :. altération de l activité physique,. altération de l activité sensorielle,. altération de l activité mentale,. altération de l activité psychologique (pessimisme, peur, angoisse stress) 14

15 RAPPELS DE PHYSIOPATHOLOGIE Manifestations pathologiques : * Altérations du milieu intérieur : la déshydratation : DEC débutante DEC confirmée DEC HIC DEC DIC Pertes sel > pertes en eau Crampes de chaleur Tétanie Pertes en sel // pertes en eau Hypo TA, Tachycardie Pli cutané Oligurie Apports en eau seule Dégoût pour l eau Œdèmes de chaleur Crampes Troubles neurologiques Convulsions Coma Pas de compensation Hyperthermie maligne Dyspnée sine materia Sécheresse muqueuse Torpeur, délire, accès d agitation, confusion mentale, hallucinations, soif, amaigrissement 15

16 RAPPELS DE PHYSIOPATHOLOGIE Manifestations pathologiques : Mise en jeu excessive de la thermorégulation : altérations des surfaces Troubles cutanés : Brûlures / engelures - gelures : érythème, phlyctène, Erythrocyanose Pied de tranchée Miliaire : cristallines, rouges «bourbouilles» (accumulation de sel) Troubles oculaires : cataracte Défaillance de la thermorégulation : Hyper TA, tachycardie, vasodilatation périphérique Crampes, frissons, agitation, convulsions Coup de chaud - insolation / coup de froid Hyperthermie / Hypothermie généralisée. Coma marmoréen Onde «J» d Osborne Fibrillation ventriculaire, décès. 16

17 RAPPELS DE PHYSIOPATHOLOGIE Hypersensibilité : urticaire, érythème, cryoglobulinémies, Syndrome de RAYNAUD Météoro-sensibilité : météoro-pathologie : Respiratoire : asthme, coryza spasmodique, bronchite Cardiovasculaire : angor, infarctus, AVC Articulaire Digestive : ulcère Neuropsychiatrique : épilepsie. Ailleurs : Coliques hépatiques et néphrétiques Poussées de glaucome Carie dentaire Endocrinopathie aggravante Maladies à frigore : pneumonie, névralgie, laryngotrachéite...

18 CARACTERISATION D UNE AMBIANCE THERMIQUE DE TRAVAIL LE TRAVAIL A LA CHALEUR LE TRAVAIL AU FROID ÉVALUATION DE LA CONTRAINTE THERMIQUE L ASTREINTE THERMIQUE 18

19 INTRODUCTION En milieu de travail les salariés peuvent rencontrer deux situations : Contrainte thermique modérée relative au confort thermique, dans le secteur du tertiaire le plus souvent Contrainte thermique élevée, en dehors des zones de confort thermique, dans les autres secteurs : travail à la chaleur : atmosphère chaude et sèche atmosphère chaude et humide travail au froid : en milieu naturel en milieu artificiel 19

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21 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE La Pré étude : phase essentielle : Analyse de la demande Caractéristique du lieu de travail : extérieur / intérieur Caractéristiques des locaux (dimensions, ouvrants, implantation des postes de travail plan) Identification des sources de chaleur, de froid Moyens de lutte disponible Nombres de salariés concernés Caractéristique de la tâche effectuée (activité motrice, sensorielle, mentale, déplacements ) Tenue vestimentaire, équipements de protection Nuisances associées (ambiances sonore, vibratoire, toxique ) 21

22 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE La Pré étude : phase essentielle : résultats QUOI, OU, QUAND, COMMENT, POURQUOI? Que va-t-on mesurer? Où mesurer? Quels postes? À quelle hauteur? Quand (saison, jour de la semaine, heure)? Avec quel matériel? En vue de quels calculs d indices? Ne faut-il pas y renoncer? 22

23 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE L étude : le mesurage Activité représentative ou particulière? Dans les conditions les plus contraignantes Associer les opérateurs au mesurage Météorologie, date (saison) et heures de mesures Contrôler les appareils avant et après les mesures 23

24 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE L étude : le mesurage : paramètres relevés Température «sèche» de l air Températures humides : naturelle (contrainte radiative) psychrométrique (contrainte convective) Hygrométrie (degré d humidité relative) Température de rayonnement (contrainte radiative) Vitesse de l air Température des surfaces 24

25 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE La Température («sèche») de l air : En degrés Celsius Température du fluide qui circule autour d un individu et qui détermine le flux de chaleur entre l air et l individu, échanges thermiques par convection A 1,10 mètres du sol Protéger le capteur si besoin Thermomètre «sec» de base Thermomètre «sec» plus perfectionné Thermomètre «sec» de haut niveau 25

26 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Hygrométrie : humidité de l air Pression partielle de vapeur d eau : unité de pression de vapeur d eau dans l air (mm Hg, milli bar) Humidité relative (%) Températures humides : Naturelle ( WBGT) en C (contrainte radiative) Psychrométrique en C (contrainte convective) Le diagramme d Ellis (ou celui de Solyvent) permettent de passer de l une à l autre. La perte de chaleur par évaporation est liée à la quantité d eau qui peut être évaporé. Le niveau de pression de vapeur d eau détermine la force avec laquelle une surface mouillée pourra évaporer. 26

27 Mesure de l Humidité Relative Mesure de la P.P.V.d eau Thermomètre humide «naturel» Psychromètre 27

28 Diagramme d Ellis, Smith & Walters 28

29 Température de Rayonnement : Mesurée en C CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Température d émission des surfaces Permet de capter les rayonnements électromagnétiques Échanges thermiques par radiation L organisme se comporte comme un globe noir (peau = corps noir = absorbe 90% des rayonnements émis) Ne pas identifier totalement à la température de Globe Noir T r = 4 (T g +273) (T g -T a ) V a ) 273 En cas d hétérogénéité, mesurer à 3 hauteurs du sol (0m10, 1m10 et 1m70) et calculer la «moyenne». 29

30 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Température de Rayonnement : Mesure du rayonnement Thermomètre de Vernon encore dit «Globe Noir» Mesure du rayonnement (Capteur bidirectionnel) 30

31 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Anémométrie : vitesse de l air En m/s Vitesse de l air Mouvement de l air par rapport à un objet Impact important car effet associé à celui de la t a (convection) et à celui de l humidité (évaporation) A la vitesse ABSOLUE (mesurée) rajouter la vitesse RELATIVE, fonction du déplacement de l opérateur engendré par son activité. 31

32 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Température de surface : Mesurée en C Température des surfaces (contact) Échanges thermiques par conduction 32

33 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Le traitement des données = Calcul des différents indices Ambiance thermique : Froide Neutre Chaude Températures opératives : Effective Résultante Zones de confort thermique Indices : WBGT (ambiance chaude) WCI (ambiance froide) PPD et PMV (ambiance neutre) 33

34 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Les Températures opératives : (températures ressenties) : «Températures donnant la même sensation que les conditions étudiées». S obtiennent par le calcul (Winslow) ou les abaques (Kerslake ou Lavenne). Dépendent de : la température sèche ( T effective), la température de rayonnement ( T résultante), la température humide (psychrométrique), la vitesse de l air. Abaque de Kerslake 34

35 Abaque de Kerslake 35

36 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Les Zones de Confort Thermique : A utiliser pour caractériser l ambiance de travail et pour accepter ou récuser le lieu ou se fera la récupération de l astreinte liée à la contrainte thermique : Abaque de l'a.s.h.v.e. : American Society of Heating and Ventilating Engineers elle tient compte de la température sèche, et de la température humide psychrométrique (ou de l'humidité relative). Abaque de Yaglou : elle est très proche de la précédente, mais permet de plus une détermination approchée de l'indice PPD. Détermination graphique par la méthode de Vogt et Miller-Chagas : elle impose des calculs un peu longs. 36

37 Abaque de l'a.s.h.v.e. 37

38 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE Ambiance thermique Froide Neutre Chaude Méthode globale (information approximative) Wild Chill index (WCI) _ Wet Bulb Globe Température (WBGT) Méthode analytique (repose sur l équation du bilan thermique) IREQ Required Clothing Insulated index Indice d isolement vestimentaire requis Predicted Mean Vote Index (PMV) % of Persons Dissatisfied (PPD) Required Sweat Rate (SWREQ) Indice de sudation requise 38

39 CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE FROIDE Indice WCI : Wind Chill Index : Indice très simple à calculer mais à réserver aux ambiances froides. WCI = 1.16 ( (100.Va) Va) (33 - Ta) Va vitesse de l'air en m/s Ta température sèche de l'air en C WCI en Watts par heure Attention : cette formule donne un WCI en Watts, il est possible de le retrouver à l aide d un abaque qui le donne en KCal/m² (1 KCal/m² = 1,16 Watt/m² = 4,2 Joules). Estimation de la contrainte thermique par évaluation de l effet moyen du froid sur l homme. Pouvoir de Refroidissement du Vent : Réservé en principe aux ambiances froides, il peut être utile ici pour démontrer un éventuel risque surajouté par une ventilation intempestive. Permet de calculer le niveau de déperdition calorique acceptable 39 par heure.

40 WCI 1

41 Indices PPD et PMV : CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE NEUTRE Indice dont le calcul est compliqué, à effectuer sur ordinateur. A réserver donc aux ambiances modérément chaudes (ou froides), le plus souvent dans le secteur tertiaire (ambiance «neutre»). Indique la sensation thermique de confort ou la probabilité de satisfaction /insatisfaction d un groupe de personnes vis-à-vis d un environnement donné. Indices extrêmement sensibles, une faible variation étant significative, dont les limites sont vite atteintes. 2

42 Le Vote Moyen Prévisible (PMV) PMV = (0.303.e M ). ((M - W) ( (M - W) - Pa) ((M - W) ) M.( Pa) M. (34 - Ta) f cl. ((t cl + 273) 4 - (Tr + 273) 4 ) - f cl. h c. (t cl - Ta)) M = métabolisme énergétique (W/m²) W = travail extérieur (W/m²) f cl dépend de Icl, isolement vestimentaire (CLO) Ta = température de l'air ( C) Tr = température moyenne de rayonnement ( C) Pa = pression partielle de vapeur d'eau (Pa) = coefficient de convection (W/m². C) t cl = température de surface du vêtement ( C) 3

43 Le Pourcentage Prévisible d Insatisfaits (PPD) PPD = e-( pmv ^ PMV²) Relation entre les indices PMV et PPD 4

44 INDICE WBGT : CARACTERISATION DE L AMBIANCE THERMIQUE CHAUDE Indice très simple à calculer mais à réserver aux ambiances (très) chaudes et humides. WBGT = (0.7. Thn) + (0.3. Tg) Thn : température humide naturelle ( C) Tg : température de globe noir ( C) Estimation de la contrainte thermique par évaluation de l effet moyen de la chaleur sur l homme. Permet de calculer les temps de repos éventuels, mais également les niveaux métaboliques acceptables pour un indice W.B.G.T. donné. Si WBGT > 25 C : équation du bilan thermique +++ 5

45 Valeurs limites du WBGT Travail léger 175 W Travail milourd 290 W Travail lourd 410 W Période exposition à la chaleur Temps de repos à accorder 30,1 26,8 25,1 110 mn 10 mn 30, , ,5 29, ,4 31,4 30, ,

46 ÉVALUATION DE LA CONTRAINTE THERMIQUE DE L ASTREINTE THERMIQUE LE BILAN THERMIQUE Évaluation de la Contrainte thermique Températures «sèche et humides (naturelle ou psychrométrique) de l air Hygrométrie Température de Rayonnement ( T globe noir) Température des parois Vitesse de l air Évaluation de l astreinte (physiologique) thermique Niveau d activité métabolique (charge de travail physique) Températures cutanée et centrale Tenue vestimentaire Surface cutanée d échange : Taille poids et âge Position du sujet 7

47 Les échanges thermiques 8

48 LE BILAN THERMIQUE La stabilité de la température corporelle chez l homme implique un équilibre entre la production de chaleur endogène, résultat du métabolisme de base et du travail physique, et les pertes de chaleur vers le milieu extérieur. L équilibre est atteint lorsque le bilan est nul. L objectif du calcul de l équation du bilan thermique est de déterminer les durées d exposition compatibles (durées limites d exposition admissibles) avec une astreinte physiologique tolérable (pas de dommage physique prévisible). 9

49 LE BILAN THERMIQUE Équation du bilan thermique : B = M + P + C + C resp + R - E - E resp M : dépense énergétique liée au travail P : échanges par conduction C : échanges par convection C resp : échanges par convection respiratoire R : échanges par radiation E : pertes par évaporation E resp : pertes par évaporation respiratoire Chaque facteur est exprimé en kcal/h. P,C,C resp et R peuvent être positifs ou négatifs. 10

50 LE BILAN THERMIQUE B = M + P + C + + R - E Contrainte endogène ou production de chaleur métabolique Calculée à partir de la fréquence cardiaque moyenne : cardiofréquencemétrie Contrainte exogène Caractérisation de l ambiance thermique Mesures physiques 11

51 Caractéristiques de l opérateur : âge, genre, poids, taille ancienneté au poste (acclimatement) Analyse de l activité de l opérateur Recueil du maximum de renseignements : déplacements horizontaux et verticaux avec évaluation de leurs vitesses, les fréquences pour permettra le calcul ou l estimation de la vitesse relative de l air et du métabolisme, port de charges, gestuelle, postures : LE BILAN THERMIQUE durée, surface d échange rapport Ar/ADU pathogènes (torsions, flexions ) 12

52 LE BILAN THERMIQUE La contrainte thermique endogène : production de chaleur métabolique : M Le métabolisme énergétique est la transformation de l'énergie "chimique" en énergie thermique et en énergie mécanique. Il se mesure en Watts/m², en Met ou en Kcal/h. L énergie «thermique», dissipée sous forme de chaleur, représente entre 75 et 90% du métabolisme mis en œuvre à l occasion du travail, l énergie «mécanique» n en utilisant que 10 à 25 % (rendement énergétique). 4 méthodes de niveau de précision croissant sont possibles selon la norme NF X : 1.typologies : estimation en fonction de classification de la profession ou du type d activité, 2. observation : estimation par les composantes d activité = addition des métabolismes liés à la posture, déplacement, au type d activité 3. analyse +++ : à partir de la mesure de la fréquence cardiaque sur une période représentative (fondée sur la relation entre la VO2 et la fréquence cardiaque) EPCT 4. expertise : par le mesurage de la consommation d O 2 13

53 CALCUL DE «M» PAR CARDIOFREQUENCEMETRIE 14

54 LE BILAN THERMIQUE Surface cutanée : S A partir du poids et de la taille de l opérateur : selon la formule de Villemin S = (1.5.P)+(0.5.T)-9 exprimée en dm² (en m 2 dans le bilan thermique) Homme : 1,8 m 2 Femme : 1,6 m 2 15

55 LE BILAN THERMIQUE Position du sujet : Rapport Ac/Adu ou Ar/Adu Ac = surface effective exposée à la convection Ar = surface effective de rayonnement Adu = surface du corps selon Dubois 0.77 pour un sujet debout 0.70 pour un sujet assis 0.67 pour un sujet accroupi ( 16

56 LE BILAN THERMIQUE Isolement vestimentaire : Mesuré en Clo (s). Isolement nécessaire pour garder un sujet assis dans une situation confortable Lister la totalité des vêtements, vêtements et équipements de protection. sous Additionner leurs valeurs d isolement (tableaux). Multiplier le résultat par 0,82. 0,5 Clo = short 1 Clo = costume léger 2 Clo = costume d hiver 4 Clo = tenue polaire 8 Clo = tenue polaire + sac de couchage en duvet + cagoule fermée 17

57 LE BILAN THERMIQUE Températures centrale et cutanée : Difficiles à mesurer en milieu de travail. Température centrale : rectale, trans-tympanique, frontale, axillaire, sub linguale, valeurs limites de variations : 0.8 C (alerte) et 1.2 C (danger) Température cutanée : 4 points : front, torse, MS, MI puis calcul de la «moyenne» Température centrale valeur limite de variations : 5 C. 18

58 Sondes de mesurage des températures centrale cutanée 19

59 LE BILAN THERMIQUE Échanges thermiques par convection : Convection : transfert de chaleur entre un corps solide et un fluide (corps/air). mesuré en Kcal/h : C = Kc. (ta tp). Va 0.6. S Kc : coeff. de convection 6.4 pour l'homme nu (0 Clo), 4.5 pour des vêtements de travail habituels (1 Clo) ta : température sèche de l'air, en C tp : température moyenne de la peau, en C Va : vitesse de l'air, en m/s S : surface cutanée en m². 20

60 LE BILAN THERMIQUE Les échanges thermiques par radiation : Radiation : transfert de chaleur entre un corps solide et un fluide par rayonnements électromagnétiques mesuré en Kcal/h : R = 4,4. (tg - tp). S tp : température moyenne de la peau, en C tg : température moyenne de rayonnement, en C S : surface cutanée en m². 21

61 LE BILAN THERMIQUE Les échanges thermiques par conduction : Conduction : transfert de chaleur entre deux corps solides (pieds/sol par exemple) mesuré en Kcal/h : P = k.(t1-t2).s/e. k : coefficient de conductibilité thermique de la paroi. t1 et t2 : température de surface de part et d'autre de la paroi, en C. e : épaisseur de la paroi, en m.. S : surface de contact, en m². Les pertes par conduction sont généralement négligées dans la pratique. 22

62 LE BILAN THERMIQUE R + C > 0: ambiance chaude R + C = 0: ambiance neutre R + C < 0: ambiance froide 23

63 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE/ LE TRAVAIL A LA CHALEUR L Homme est un homéotherme, sa température centrale doit être constante, son bilan thermique doit être nul. Le maintien de l'homéothermie impose l'équivalence entre : - la quantité de chaleur reçue du milieu extérieur, ajoutée à celle produite par l'organisme (résultant à la fois du métabolisme de base et du métabolisme énergétique nécessaire au travail accompli) - et la quantité de chaleur cédée au milieu environnant. Une ambiance chaude sera donc celle qui freinera voire interdira l'évacuation complète des calories reçues ou produites par l'organisme. B = M + C + R - E (C + R > 0) E = déperdition calorique nécessaire ou requise par évaporation pour permettre d assurer le maintien de la température centrale constante, elle s exprime en Kcal/h. 24

64 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE LE TRAVAIL A LA CHALEUR L Évaporation Requise : Er (Kcal/h) correspond à l élimination calorique permettant à l'organisme d équilibrer son bilan thermique et de maintenir sa température centrale constante, correspond à la somme des gains thermiques (accumulation de chaleur) dus aà la production endogène (métabolisme de travail) et aux échanges thermiques avec l environnement (échanges par conduction et par radiation, les échanges par conduction étant considérés ) : 25

65 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE LE TRAVAIL A LA CHALEUR L Évaporation Maximale permise par l ambiance : Em Em, qui s exprime en Kcal/h, dépend de la quantité de vapeur d'eau déjà contenue dans l'atmosphère (degré d hygrométrie, tension de vapeur d eau saturante) et de la vitesse de l air, paramètres conditionnant la capacité d évaporation de la sueur produite: E m = 16. (fa-46). V a 0.3. f a : pression de vapeur d'eau de l'air, en mbar. V a : vitesse de déplacement de l'air, en m/s.. 46 : pression saturante de poumon Em correspond à la capacité d absorber la déperdition calorique par la sudation. Em est toujours négative (Fa -46) 26

66 Diagramme d Ellis, Smith & Walters 27

67 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE LE TRAVAIL A LA CHALEUR L Évaporation Possible : Ep Ep, qui s exprime en Kcal/h et dépend du rendement évaporatoire de la sueur et du degré d acclimatement, correspond à la quantité de déperdition calorique effectivement réalisée par la sudation : E p = 0,6. i. SP 0,6 : nombre de Kcal éliminé par l évaporation d 1 ml (1 g) de sueur lorsque le rendement évaporatoire qui est conditionné par les paramètres environnementaux est égal à 100 %. i : rendement évaporatoire de la sueur i = 1.5.e -2Er/Em (abaque de Givoni) SP : volume horaire maximum de sudation varie de 400 ml/h chez un sujet non acclimaté (5 g de NaCl par litre de sueur) à 1000 ml/h chez un sujet acclimaté (1 g de NaCl par litre de sueur) 28

68 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE / LE TRAVAIL A LA CHALEUR La durée horaire recommandée de travail : Q (minutes par heure) : Lorsque le bilan thermique B est positif, il y a gain de chaleur par l'organisme. Le gain thermique acceptable (GT) ne doit pas excéder 135 Kcal/heure pour un «individu moyen» (homme, 30 ans, 70 kg, 1m70) La durée recommandée horaire de travail Q (en % d heure) : Q = GT / B = 135 / B GT = gain limite à ne pas dépasser = 135 Kcal/heure B = Er - Ep Q doit être converti en minutes pour déterminer la durée d activité au décours de laquelle il convient de prévoir une pause en ambiance confortable (thermiquement neutre). Durée de la pause : D = 60 minutes Q (exprimée en minutes). Les pauses ne sont pas cumulables. La durée quotidienne cumulée de travail à la chaleur : DRT (en h/jour) DRT = 4000 ml / Sreq ml : déperdition sudorale maximale autorisée sur une période de 8 heures Sreq : volume de sudation requise (en ml/heure) 29

69 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE / LE TRAVAIL A LA CHALEUR Interprétation des résultats : Identification du danger, évaluation et appréciation du risque : Inconfort? (effets psychologiques) Gêne? (effets physiologiques) Risque? (effets pathologiques) 30

70 Identification et hiérarchisation des sources de contrainte proposition d axes de solutions : Techniques : LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE / LE TRAVAIL A LA CHALEUR Air trop chaud (convection) : écran, éloignement, humidification Rayonnement important (radiation) : écran, éloignement, rafraîchissement (ventilation, humidification) Sol ou parois trop chaudes (conduction) : écran, éloignement, rafraîchissement (ventilation, humidification) Humidité trop forte (évaporations maximale et donc possible faibles) : absorbeur d humidité Vitesse de l air trop faible (ou parfois trop forte!) : écran, ventilation EPI 31

71 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE / LE TRAVAIL A LA CHALEUR Organisationnelles : Effort physique trop élevé? Durée d exposition horaire et quotidienne trop importantes? Temps de pause insuffisants? Information, formation Les durées d exposition et les temps de pause : Calculés (par le bilan thermique essentiellement) seront donnés pour les conditions constatées lors de l étude, mais on peut avoir intérêt à détailler sur un tableau de simulations les temps de pause proposés en cas de conditions différentes. Pas de regroupement en fin de journée ou de semaine (ni de prime de risque!). 32

72 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE CHAUDE / LE TRAVAIL A LA CHALEUR Médicales : Boissons : Le code du travail impose la mise à disposition gratuite d'eau fraîche et potable Attention à l'"effet de chasse" avec les boissons trop froides, qui entraînent une sudation rapide et importante, empêchant une recharge hydrique correcte, T entre 10 et 15. Surveillance Médicale : Le médecin du travail attaché à l'entreprise déterminera la nécessité d'une surveillance particulière. De plus l'aptitude préalable à l'exposition devra tenir compte du fait que les calculs (des durées limites d exposition en particulier) ne sont valables que pour des sujets parfaitement sains. 33

73 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE FROIDE LE TRAVAIL AU FROID L Homme est un homéotherme, sa température centrale doit être constante, son bilan thermique doit être nul. Le maintien de l'homéothermie impose l'équivalence entre : -- la quantité de chaleur cédée au milieu extérieur, -- et la quantité de chaleur métabolique produite. Une ambiance froide sera donc celle qui entraînera une déperdition calorique : B = M + C + R C + R < O 34

74 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE FROIDE / LE TRAVAIL AU FROID WCI : Wind Chill Index Pouvoir de Refroidissement du Vent Evaluation de la déperdition calorique WCI = 1.16 ( (100.Va) Va) (33 - Ta) WCI en W (par heure) Va vitesse de l'air en m/s Ta température sèche de l'air en C Attention : cette formule donne un WCI en Watts et l'abaque le donne en KCal/m² (1 KCal/m² = 1,16 Watt/m² = 4,2 Joules). WCI = 1200 KCal/m² = limite tolérable de refroidissement. WCI = 1400 KCal/m² = gel des chairs débutant. 35

75 WCI 36

76 LE BILAN THERMIQUE Le Bilan Thermique : EN AMBIANCE FROIDE LE TRAVAIL AU FROID Q = Hm. F Cl. (R + C) (R + C <0) Hm : Flux de chaleur métabolique F Cl : facteur de réduction vestimentaire C : échanges par convection R : échanges par radiation Q permet de calculer : l indice d isolement vestimentaire : IREQ, une Durée Limite d Exposition (DLE) si l isolement vestimentaire disponible est inférieur à l IREQ. 37

77 LE BILAN THERMIQUE EN AMBIANCE FROIDE / LE TRAVAIL AU FROID Interprétation des résultats : prévention : Boissons chaudes et alimentation enrichie en lipides et en vitamines pas de boissons alcoolisées. Port de vêtements appropriés (éviter les vêtements trop serrés et l accumulation de sueurs sous les vêtements, plusieurs couches vestimentaires,assurer une bonne protection de la tête Limiter la durée d exposition. Surveillance Médicale : Le médecin du travail attaché à l'entreprise déterminera la nécessité d'une surveillance particulière. De plus l'aptitude préalable à l'exposition devra tenir compte du fait que les calculs ne sont valables que pour des sujets parfaitement sains. 38