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Pourquoi le vent renforce-t-il la sensation de froid ?

N’avez-vous jamais ressenti une soudaine sensation de froid lors d’un coup de vent ? Pourtant, le vent est à la même température que l’air extérieur. En effet, ce phénomène est appelé  « refroidissement éolien », et est causé par le transfert thermique par convection.

Comment le corps ressent-il le chaud et le froid ?

Les capteurs sensoriels de notre corps permettant de déterminer si un objet est « chaud » ou « froid » grâce à des  thermorécepteurs. Cependant, ces derniers ne captent pas directement la température de cet objet. Ils captent l’échange de chaleur entre notre corps et ce dernier.

Admettons que nous soyons en hiver, dehors, dans le froid, et que la surface de votre main avoisine les 29 °C. Si vous touchez un objet à 30°C, ce dernier va vous céder de la chaleur : vous aurez une sensation de « chaud ». Or, si vous êtes au chaud dans votre maison, avec une température de peau d’environ 32°C, votre corps va céder de la chaleur à l’objet. Il y aura une sensation de « froid ». De plus,  L’échange de chaleur entre deux corps est proportionnel à leur différence de température. (Plus la différence de température entre votre main et l’objet sera importante, plus la sensation de « froid » ou de « chaud » sera grande).

Transfert thermique entre la peau et un objet selon différentes températures

De plus, pour une même différence de températures, cet échange de chaleur varie en fonction du matériau. C’est une propriété de ce dernier, appelé conductivité thermique.  Par exemple, la conductivité thermique du bois est moins élevée que celle du carrelage. C’est pourquoi, pour une même température (disons 20°C), le carrelage paraît plus froid que le bois : la conductivité thermique du carrelage est plus élevée que celle du bois, ce qui favorise l’échange de chaleur entre la peau et l’objet.

Nous savons maintenant que la sensation de froid et de chaud est causée par l’échange de chaleur entre notre corps et l’objet en contact. Cet échange de chaleur est piloté par la différence de températures entre ces deux objets, et leur conductivité thermique.

L’interaction Air/Peau

Absence de vent

Imaginons à présent que vous soyez dans une pièce avec une température ambiante de 20°, sans déplacement de masse d’air. Un échange de chaleur va donc avoir lieu avec la surface de votre peau et l’air en contact avec cette dernière, qui est plus froid que la surface de votre peau. Cet air va donc se réchauffer : sa température va augmenter. Or, nous savons que les échanges de chaleur sont proportionnels à la différence de températures entre les deux corps. Ainsi, plus l’air sur la surface de la peau sera réchauffé, plus les échanges de chaleurs seront faibles, dû à l’augmentation de la température de l’air. Arrivé à une certaines température, cet air va être moins dense que l’air « non réchauffé » par la peau. Cet air va être instantanément remplacée par un air plus froid, qui sera réchauffé, puis encore remplacé par un air plus froid, et ainsi de suite.

Ce type de transfert thermique est appelé « transfert thermique par convection « , c’est-à-dire par déplacement de matière (ici le fluide). Elle est dite « naturelle » car la seule cause mettant en mouvement l’air est son changement de densité. De plus, en présence d’un fluide, l’échange de la chaleur entre un solide et un fluide est piloté par un terme convectif, qui dépend des caractéristiques physiques des deux corps.

Transfert thermique entre la peau et l’air avec l’absence de vent

Présence de vent

Introduisons à présent du vent. Le fluide se déplace donc à une vitesse non nulle par rapport à la surface de la peau. Pour simplifier, nous allons discrétiser l’air en petits volumes dont chacun d’entre eux possède une température uniforme.

Plaçons-nous au niveau de la flèche sur le schéma ci-dessous. A l’instant t, la peau va céder une quantité maximale de chaleur car la différence de températures entre sa surface et l’air est maximale. A l’instant d’après, ce petit volume d’air n’aura pratiquement pas eu le temps de chauffer qu’il sera directement remplacé par un autre petit volume d’air à la température extérieure, dû au déplacement de la masse d’air. La peau va ainsi céder, comme précédemment, un maximum de chaleur, car la différence de températures est maximale.

Transfert thermique entre la peau et l’air avec du vent

En moyenne, la peau va donc céder plus de chaleur en présence du vent. Le transfert thermique convectif est donc plus important lorsque la masse d’air se déplace !  C’est pourquoi nous ressentons une sensation de « froid » lorsqu’une petite brise est de passage.

C’est exactement le principe du ventilateur : la température de la masse d’air déplacée est toujours la même, sauf que notre peau cède plus de chaleur lorsque l’air est en mouvement. Comme vu précédemment, cela est causée par le fait que le petit volume réchauffé par la peau est presque instantanément remplacé par un petit volume d’air non réchauffé dû à la vitesse de la masse d’air.

 

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  1. Rose

    Merci, vous avez clairement répondu à la question que je me posais. Ça paraît évident quand on le lit, mais pourtant c’est pas très intuitif à première vue.

  2. Rose

    Donc en faites, le vent nous permet d’avoir une idée de la REEL différence de température entre notre corps et l’air.
    C’est intéressant 🙂

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