Une nouvelle façon de penser le confort thermique lors des journées chaudes

La peau est le principal organe de thermorégulation du corps humain. Les vêtements agissent comme une résistance thermique interposée entre le corps et l'environnement, constituant une barrière aux échanges thermiques par convection. Leur résistance dépend du type de tissu, de fibre et de la coupe. Elle est mesurée par des échanges secs sélectifs par rapport à l'utilisateur, et son unité de mesure est connue sous le nom de clo (de l'anglais clothes).

Le confort thermique se définit comme l'état mental qui exprime la satisfaction d'une personne vis-à-vis de son environnement. Il constitue un facteur très important pour évaluer l'efficacité énergétique des bâtiments. Les variables de confort sont divisées en variables environnementales et humaines : la température, la température radiante moyenne, la vitesse et l'humidité relative constituent les variables environnementales, tandis que le métabolisme généré par l'activité physique et la résistance thermique offerte par les vêtements sont des variables humaines.

Si une pièce est froide, plusieurs options s'offrent à vous : vous pouvez choisir de porter une chemise plus chaude ou d'allumer le chauffage. Si la pièce est chaude, en revanche, le choix est plus complexe. La quantité de vêtements que nous pouvons porter au travail est limitée, et le port de vêtements légers, comme des t-shirts, est mal vu dans certains milieux d'affaires. La solution par défaut est donc d'allumer la climatisation.

Heureusement, notre adaptation aux températures plus chaudes pourrait changer si une découverte publiée dans la revue Science cette semaine était commercialisée. Yi Cui et ses collègues de l'Université de Stanford ont découvert un tissu qui maintient la peau 2 °C plus fraîche qu'un vêtement en coton.

En termes de confort, il s'agit d'une réduction significative, qui pourrait être bénéfique non seulement pour le porteur, mais aussi pour la facture énergétique. Si le nouveau tissu de protection généralisée pouvait éviter des températures plus élevées qu'aujourd'hui, il pourrait permettre de réaliser d'importantes économies d'énergie pendant les mois d'été.

L'objectif initial des recherches du Dr Cui était de réduire la température des personnes en ajustant la façon dont la chaleur corporelle rayonne. Plus de la moitié de la température corporelle se situe dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique. Cela signifie que la longueur d'onde est supérieure à celle de la lumière visible. Des matériaux comme le polyéthylène laissent passer les deux longueurs d'onde et sont donc inutilisables pour le tissage de vêtements : ils laissent passer à la fois la lumière et la chaleur et ne nous protègent ni du froid ni de la nudité. En revanche, des tissus comme la laine, le coton et la soie ne laissent passer aucune de ces deux longueurs d'onde, piégeant ainsi la lumière infrarouge et nous échauffant. La réponse aux recherches de Cui est venue de ses recherches sur les batteries. Un matériau couramment utilisé dans les batteries modernes est le nanoPE. Il s'agit d'un type de polyéthylène perforé de pores mesurant de 50 à 1 000 nanomètres (milliardièmes de mètre). Ces pores permettent le passage régulier des ions dans la batterie et sont dimensionnés avec précision pour rendre le matériau opaque à la lumière visible. Cependant, ces pores n'affectent pas la partie infrarouge du spectre électromagnétique, bloquant moins de 10 % des rayons infrarouges.

À sa sortie d'usine, le nanoPE ressemble à une feuille de plastique et n'est pas très confortable à porter. Pour contourner ce problème, l'équipe de Stanford a apporté trois modifications. D'abord, ils ont perforé la feuille à intervalles réguliers avec une petite aiguille, pour permettre à l'air d'entrer et de sortir. Ensuite, ils ont ajouté une substance appelée polydopamine, qui rend le plastique plus hydrophile. Ainsi, au lieu de repousser la transpiration et de la faire s'agglutiner sur la peau, le nanoPE modifié l'absorbe et la transporte vers la surface extérieure du tissu, où la transpiration s'évapore. Enfin, pour améliorer les propriétés mécaniques du matériau, le produit final était composé de deux feuilles de nanoPE séparées par un maillage en coton largement espacé. L'équipe a ensuite testé l'impact du matériau ajouté sur les performances du nanoPE. Dans une pièce à 23,5 °C, la température de la peau nue était de 33,5 °C. La peau recouverte de tissu en coton était de 37 °C, tandis que la peau recouverte de nanoPE seul était de 34,3 °C. Les variantes avec perforations, mailles et autres modifications n'ont pas obtenu d'aussi bons résultats en termes de performance thermique, mais elles ont tout de même réduit la température cutanée d'au moins 2 °C par rapport au coton.

Bien sûr, les designers ne seront pas les premiers à se précipiter pour créer des modèles tendance avec ce nouveau tissu, mais cette découverte a ouvert une nouvelle perspective sur la réduction de la température corporelle. Manipuler les ondes émises par le corps humain à travers les tissus est clairement une idée qui fonctionne. Outre son utilisation en intérieur, le nouveau tissu du Dr Cui a plusieurs applications en extérieur : après tout, il n'y a pas de climatisation dans les déserts, et les personnes qui y travaillent, comme les soldats, sont probablement très soucieuses de la mode. L'étape suivante consistait à trouver des matériaux plus confortables que le nanoPE.

Source : The Economist