Confort thermophysiologique : Ret, Rct et la plaque chaude transpirante

01Les bases physiques du confort : le bilan thermique

Pour maintenir le noyau corporel autour de ~37 °C, la chaleur métabolique produite doit être évacuée vers l’environnement. Cette chaleur traverse la couche d’étoffe par deux voies : la voie sèche (chaleur sensible, issue d’un écart de température, par conduction, convection et rayonnement) et la voie humide (chaleur latente évacuée par l’évaporation de la sueur ; à la température de la peau, la chaleur latente de vaporisation de l’eau avoisine 2,4 MJ/kg et peut évacuer plusieurs fois la chaleur métabolique d’une personne au repos). Le confort thermophysiologique est atteint lorsque la résistance que l’étoffe oppose à ces deux flux correspond au niveau d’activité de la personne qui la porte. Une étoffe se définit donc par deux résistances distinctes ; un chiffre unique de « respirabilité » ne rend compte que de la moitié de la physique en jeu.

02Deux nombres : Rct et Ret

La résistance thermique Rct est l’écart de température entre les deux faces de l’éprouvette divisé par le flux de chaleur sèche par unité de surface ; elle s’exprime en m²·K/W. Plus elle est élevée, plus l’étoffe isole, c’est-à-dire tient chaud. La résistance évaporative Ret — la résistance à la vapeur d’eau au sens de l’ISO 11092 — est l’écart de pression de vapeur d’eau entre les deux faces de l’éprouvette divisé par le flux de chaleur évaporative par unité de surface ; elle s’exprime en m²·Pa/W. Plus elle est basse, plus la vapeur, donc la sueur, passe facilement : l’étoffe « respire » davantage. Une couche isolante d’hiver demande un Rct élevé, tandis qu’un vêtement destiné à l’effort intense exige un Ret bas ; les deux exigences s’opposent souvent et la conception devient un problème d’équilibre.

03La plaque chaude gardée transpirante (modèle de peau) — ISO 11092

Les deux résistances se mesurent sur la plaque chaude gardée transpirante (« modèle de peau ») définie par l’ISO 11092 ; l’appareil reproduit les transferts de chaleur et d’humidité de la peau humaine, et la méthode s’appuie largement sur les travaux de plaque chaude développés à Hohenstein. La plaque de mesure, entourée d’un anneau de garde qui supprime les pertes de bord, est maintenue à 35 °C ± 0,1 °C pour représenter la température cutanée, et un flux d’air contrôlé de ~1 m/s balaie sa surface. Pour le Rct, l’enceinte est réglée à 20 °C / 65 % d’humidité relative, avec un gradient de température à travers l’éprouvette ; pour le Ret, elle est portée à 35 °C / 40 % d’humidité relative, en condition isotherme, où le flux n’est entraîné que par l’écart de pression de vapeur d’eau. La plaque est alimentée en eau à travers une membrane poreuse afin de simuler la transpiration.

L’équivalent américain est la norme ASTM F1868, qui applique le même principe de plaque chaude transpirante pour mesurer la résistance thermique, la résistance évaporative et la perte de chaleur totale (THL). La plage de mesure typique de la méthode s’étend d’environ 0,002 à 0,5 m²·K/W pour la résistance thermique intrinsèque, et d’environ 0 à 1000 m²·Pa/W (0–1,0 kPa·m²/W) pour la résistance évaporative intrinsèque ; cet intervalle couvre un large éventail, du t-shirt en tricot fin aux coquilles laminées épaisses (hardshell).

04Classes de respirabilité selon le Ret

Une classification attribuée à Hohenstein, qui relie la valeur de Ret au confort d’usage du vêtement, est largement utilisée. Ces seuils sont fréquemment cités dans les spécifications produit ; séparément, la norme EN 343, relative aux vêtements de protection contre la pluie, définit ses propres classes de résistance à la vapeur d’eau fondées sur le Ret, avec des seuils différents. Ret bas = rester au frais et au sec ; Ret élevé = sensation d’humidité et d’étouffement à effort soutenu.

05Unités : clo, tog et indice de perméabilité à la vapeur imt

L’isolation thermique s’exprime aussi en clo et en tog. Par définition, 1 clo = 0,155 m²·K/W, soit l’isolation qui maintient l’équilibre thermique d’une personne au repos dans une ambiance à 21 °C légèrement ventilée — à peu près un costume ; et 1 tog = 0,1 m²·K/W, unité courante dans le textile et la literie. Il en découle que 1 clo ≈ 1,55 tog ; en divisant le Rct d’une étoffe par 0,155, vous obtenez les clo, et par 0,1, les tog.

La grandeur qui condense en un seul rapport la résistance thermique et la résistance évaporative est l’indice de perméabilité à la vapeur d’eau imt. L’ISO 11092 le définit par imt = (Rct / Ret) × S, où S ≈ 60 Pa/K. Adimensionnel, il varie entre 0 et 1 : imt = 0 signifie totalement imperméable à la vapeur, tandis que imt = 1 désigne un comportement identique à celui d’une lame d’air de même épaisseur. En pratique, les étoffes confortables se situent le plus souvent entre 0,2 et 0,4 environ — l’étoffe retient une partie de la chaleur tout en libérant proportionnellement la vapeur. Parce qu’il évalue conjointement Rct et Ret, l’imt offre une comparaison plus complète que le seul Ret.

06Comment la structure, la fibre, le grammage et l’apprêt modifient Ret/Rct

Dans les étoffes de faible densité, le Rct croît de façon approximativement linéaire avec l’épaisseur, grâce à l’air immobile emprisonné ; ce n’est pas la fibre elle-même qui isole, mais l’air au repos entre les fibres. C’est pourquoi la polaire grattée (fleece), avec son gonflant élevé, donne un Rct élevé tout en pouvant conserver un Ret bas, sa structure poreuse laissant passer la vapeur directement. Les filaments fins et les microfilaments emprisonnent plus d’air et peuvent donc offrir un Rct supérieur à grammage égal. L’architecture de la maille compte aussi : le piqué ouvert et le filet (mesh) abaissent le Ret par leur forte porosité, tandis que l’interlock serré tend vers un Rct et un Ret plus élevés. Lorsque le grammage (g/m²) augmente, l’épaisseur et la résistance croissent généralement toutes les deux, mais la relation dépend de la structure.

Les apprêts peuvent déplacer l’équilibre dans les deux sens. Les apprêts de gestion de l’humidité, à effet mèche (wicking), étalent la sueur, facilitent l’évacuation de la chaleur latente et améliorent le confort perçu ; à l’inverse, les enductions filmogènes et les contrecollages non respirants élèvent nettement le Ret. Une déperlance durable (DWR) correctement appliquée n’affecte, idéalement, que très peu le Ret, car elle n’obstrue pas les pores ; les membranes microporeuses et hydrophiles, elles, sont conçues pour arrêter la pluie tout en autorisant un passage contrôlé de la vapeur.

07Chiffre à sec, réalité mouillée : ce qui se passe en sueur

Les essais normalisés se déroulent en régime stationnaire et sous une charge d’humidité limitée ; dans la transpiration réelle, la teneur en eau de l’étoffe augmente. Comme l’eau conduit la chaleur environ 25 fois mieux que l’air, la conductivité thermique de l’étoffe s’élève à mesure qu’elle se mouille : le Rct effectif chute. Une couche mouillée isole soudain beaucoup moins et provoque la sensation d'« after-chill », ce refroidissement ressenti après la transpiration. L’évaluation du confort dépend donc non seulement du Rct à sec, mais aussi de la vitesse à laquelle l’étoffe évacue l’eau et sèche, c’est-à-dire de sa gestion de l’humidité. Le système idéal : une architecture à Ret bas qui laisse sortir la vapeur, sèche vite pour limiter la perte de Rct à l’état mouillé et conserve son gonflant.