L ADAPTATION AU FROID DOCUMENT DE TRAVAIL Nancy Johnson Brigitte Loiselle Janvier 2006
MISE EN SITUATION Plusieurs chercheurs partent pour deux semaines dans les montagnes Rocheuses canadiennes afin réaliser une étude sur le comportement des animaux dans cette région. Comme l humain est aussi une espèce qui risque de réagir au froid, votre mandat consiste à leur proposer la meilleure protection pour affronter les conditions climatiques qu ils rencontreront. On parle de vent, de température inférieure à -29 degrés Celsius ainsi que d humidité. Quel serait le meilleur agencement de matériaux textiles pour assurer leur confort? Le corps humain et le froid: «La circulation sanguine Le corps ne fonctionne pas à son meilleur s il a trop chaud ou trop froid. La température idéale du corps est de 37 degrés Celsius. Le sang qui circule distribue la chaleur dans le corps. Lorsque la température du corps baisse, la circulation sanguine diminue automatiquement aux extrémités, tels que les mains et les pieds. Le corps essayera de maintenir la température des organes vitaux (cerveau, cœur, foie, reins, etc.) à 37 degrés. Pour réchauffer les extrémités, il faut augmenter la température de la partie centrale du corps et minimiser la perte de chaleur. La tête, la nuque, les aisselles et l aine sont les endroits principaux où la perte de chaleur a lieu parce que, dans ces régions, le sang circule près de la peau. Lorsque la surface de la peau devient froide, les vaisseaux sanguins près de la surface se contractent pour retenir le sang à un niveau plus profond afin de maintenir la chaleur du corps et pour que le sang ne se refroidisse pas trop. Les frissons Les frissons sont un signe qui indique que vous avez froid. Il s agit d un système de défense de l organisme contre l hypothermie, qui fait que de petits muscles se contractent involontairement juste sous la peau. La chair de poule Celle-ci est une réaction naturelle au froid; ceci était très utile à nos ancêtres (du temps où l être humain était couvert de poil) qui devaient s assurer de garder leur chaleur corporelle. La chair de poule fait lever les poils sur le corps pour tenter d emprisonner l air chaud à la surface du corps, tout comme le ferait un animal pour garder sa chaleur corporelle. Exemple typique : Si vous frissonnez et/ou que vous avez la chair de poule, votre corps vous indique que vous perdez trop de chaleur et/ou que vous n en recevez pas assez. Il est important d évaluer la situation et de réagir en conséquence pour être sûr que vous vous réchauffiez. Peut-être que la raison est due au fait que de la neige est tombée sur votre nuque. Dans ce cas, pour arrêter les frissons et la chair de poule, il serait faux de vouloir faire de l exercice pour réchauffer l intérieur du corps, au lieu de cela, il vaudrait mieux fermer étroitement votre vêtement et éliminer l espace autour du cou pour empêcher la neige de s y infiltrer.
Minimiser la perte de chaleur Que vous songiez à faire une promenade dans le quartier ou à faire une semaine de camping d hiver, il est très important que vous compreniez et préveniez la perte de chaleur. Pour vous maintenir au chaud, il faut que vous compreniez comment le corps peut perdre de la chaleur. Des vêtements adéquats sont la clé de la prévention de la perte de chaleur. Bien que les vêtements ne réchauffent pas, ils retiennent la chaleur produite par le corps et l isolent du froid extérieur. Il existe aussi des méthodes pratiques qui vous aideront à minimiser la perte de chaleur.» 1 Les causes de la perte de chaleur Le corps humain, pour maintenir sa température de 37 degrés Celsius, doit évacuer la chaleur. Les principales pertes de chaleur se font par la peau. Quelles sont les causes possibles de perte chaleur par le corps? RADIATION : La peau cède sa chaleur sous forme de rayonnement. CONDUCTION : La chaleur est transmise à un objet avec lequel on entre en contact. CONVECTION : L air se réchauffe au contact de la peau et est remplacé par l air froid. ÉVAPORATION : Lorsque l air est sec, la sueur s évapore et la peau se refroidit. Classification animale selon la thermorégulation Nous classons les animaux en deux grandes catégories selon leur méthode de thermorégulation, soit : Endotherme ou homéotherme : Un animal dont la température corporelle reste constante et élevée, même si la température du milieu extérieur varie, par exemple : l humain, le chat, la souris. Ectotherme ou poïkilotherme : Un animal dont la température corporelle varie en fonction de la température de son milieu de vie, par exemple : le lézard, la grenouille. 1 Extrait du site Internet : www.goforgreen.ca/hivert_action/
L industrie du textile propose divers types de tissus: FIBRES NATURELLES Végétale Animale ou dérivée Minérale Coton Lin Jute Chanvre Sisal Ramie Kapok Laine Soie Poil Duvet d oie Duvet de canard Amiante FIBRES ARTIFICIELLES Minérale Métallique Cellulosique Synthétique (plastique) Verre Céramique Graphite Aluminium Argent Or Acier Acier inoxydable Rayonne (viscose) Acétate Triacétate Nylon Polyester Acrylique Polycarbonate Spandex
Ces matériaux textiles présentent différentes caractéristiques : Questionner les élèves et définir avec eux les caractéristiques du tableau; HYDROPHILE : HYDROFUGE : ISOLANT : COUPE-VENT : PARE-VAPEUR : ÉLIMINATION PAR CAPILLARITÉ : EFFET CORPS NOIR : EFFET CORPS BLANC : IMPERMÉABLE :
Ces matériaux textiles présentent différentes caractéristiques : Questionner les élèves et définir avec eux les caractéristiques du tableau; HYDROPHILE : Qui absorbe l eau, les liquides. HYDROFUGE : Qui préserve de l eau, de l humidité. ISOLANT : Qui ne conduit pas l électricité ou la chaleur. COUPE-VENT : Tissu qui empêche le passage de l air. PARE-VAPEUR : Pellicule de matériau étanche destinée à empêcher le passage de la vapeur d eau. ÉLIMINATION PAR CAPILLARITÉ : EFFET CORPS NOIR : Action de repousser l humidité loin du corps Absorption de toute la lumière visible qu il reçoit. EFFET CORPS BLANC : Réflexion de toute la lumière visible qu il reçoit. IMPERMÉABLE : Qui ne laisse pas pénétrer le liquide.
C-1 Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d ordre scientifique ou technologique Critères d évaluation : Représentation adéquate de la situation Élaboration d une démarche pertinente pour la situation Mise en œuvre adéquate de la démarche Élaboration de conclusions, c explications ou de solutions pertinentes Ton mandat : Élaborer une démarche d investigation afin de trouver le meilleur agencement de matériaux textiles pour les chercheurs de l expédition. Ta proposition devra présenter un amalgame d au moins trois tissus. Tu devras identifier le problème Tu devras formuler une hypothèse Tu devras énumérer le matériel nécessaire pour tes expérimentations Tu devras établir ton protocole, présenter tes résultats et les interpréter Tu devras présenter ta solution sous forme d un schéma en identifiant les matériaux et justifier leur utilisation dans la confection du vêtement.
PISTES DE RÉFLEXION: En fonction des notions vues précédemment et des tissus mis à ta disposition, quelles pourraient être les variables en cause dans cette problématique et lesquelles te semblent les plus pertinentes à analyser? Que pourrais-tu utiliser pour effectuer des analyses avec les variables que tu as choisies?
Adaptation aux conditions hivernales Problème à résoudre : Hypothèse : Matériel nécessaire: Manipulations:
C-3 Communiquer à l aide des langages utilisés en science et technologie Critères d évaluation : Interprétation adéquate de messages à caractère scientifique et à caractère technologique Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie dans la production de messages Organisation des résultats :
Interprétation des résultats :
C-2 Mettre à profit ses connaissances scientifiques et technologiques Critères d évaluation : Utilisation pertinente des concepts, des lois, des modèles et des VIVRE DANS DES théories CONDITIONS de la science et de la DIFFICILES technologie : LE FROID Production d explications ou de solutions pertinentes Justification adéquate des explications, des solutions ou des décisions Ta solution schématisée et justifiée:
ACTIVITÉ 2 Par quels moyens les animaux s adaptent-ils au froid? Fais des analogies entre ces moyens et les solutions technologiques que l homme à inventer pour se protéger. L être humain a ressenti le besoin de se protéger du froid en utilisant la technologie? Quelles conséquences environnementales ce besoin a-t-il engendrées?
BIBLIOGRAPHIE Volumes : PODESTO, Martine. Tant de façons de vivre dans les conditions difficiles, Québec Amérique, 32 p. GONTIER, Josette. Chaud froid, Hachette Jeunesse, 2004, 27 p. PARKER, Steve. Les matériaux, Les textiles, Gamma, École Active, Canada, 2002, 31 p. Sites Internet : La nature en hiver! http://www.univers-nature.com/dossiers/nature_hiver.html La faculté d adaptation http://www.astrosurf.org/lombry/bioastro-adaptation5.htm Vêtu comme un ours blanc http://www.educationnature.org/programs/below_zero/activity/drspolbr.asp