Transfert de chaleur : conduction, convection, rayonnement, évaporation

La chaleur est l’énergie de mouvement des plus petites particules. Dans un objet chaud, les particules s’agitent plus vivement que dans un objet froid. Quand deux matériaux se touchent, les particules rapides heurtent les lentes et leur transmettent de l’énergie – c’est la conduction. La capacité de conduction varie fortement selon les matériaux : le métal et la pierre conduisent bien, l’eau aussi bien mieux que l’air, tandis que l’air immobile conduit très mal.

Dans la convection, c’est la matière elle-même qui se déplace. L’air que votre peau a réchauffé devient plus léger et monte, ou est emporté par le vent ; de l’air froid arrive et doit être réchauffé à son tour. Le rayonnement n’a besoin d’aucun contact : tout objet émet une lumière infrarouge invisible, d’autant plus qu’il est chaud. C’est ainsi que le soleil réchauffe la Terre à travers l’espace vide, et que vous sentez la chaleur d’un feu de camp sur votre visage.

L’évaporation est un cas particulier : transformer l’eau liquide en vapeur demande beaucoup d’énergie. L’eau puise cette énergie dans la surface sur laquelle elle se trouve – votre peau ou vos vêtements. C’est pourquoi la sueur vous rafraîchit, et pourquoi vous avez si vite froid dans des vêtements mouillés. Chaque respiration coûte aussi un peu de chaleur et d’humidité, surtout dans un air froid et sec.

Dans la réalité, plusieurs voies agissent presque toujours en même temps. Une personne assise sur un rocher dans le vent, avec une veste trempée de sueur, perd de la chaleur simultanément par conduction, convection et évaporation. Une bonne solution ferme donc plusieurs portes à la fois plutôt qu’une seule, même très bien.

Le sol est la voie la plus souvent oubliée. Un sac de couchage épais sert peu si l’on est allongé sur un sol froid et humide sans tapis, car le garnissage est écrasé sous votre poids et retient alors à peine d’air. Des tapis de sol, une épaisse couche de feuilles sèches ou un sac à dos pour s’asseoir interrompent la conduction.

La couverture de survie est un bon exemple des limites d’un objet unique. Elle réfléchit le rayonnement thermique et arrête le vent, mais, étant fine, elle isole à peine contre la conduction. Elle fonctionne le mieux associée à un tapis de sol, à des vêtements secs et à une protection contre le vent.

Par forte chaleur, on veut évacuer la chaleur, pas la garder. Le soleil et les surfaces chaudes comme le bitume ou la roche rayonnent de la chaleur sur vous ; si l’air est plus chaud que votre peau, il vous réchauffe aussi. C’est pourquoi l’ombre est si efficace : elle bloque l’essentiel du rayonnement venant d’en haut.

Quand l’air est plus chaud que la peau, il ne reste presque plus que la transpiration au corps. Mais la sueur ne rafraîchit que si elle peut s’évaporer. Dans un air humide et lourd, c’est plus difficile – la sueur ruisselle au lieu de s’évaporer et rafraîchit alors à peine. C’est pourquoi le temps lourd est si épuisant.

La même physique explique des astuces de cuisine courantes : un couvercle sur la casserole réduit l’évaporation et la convection, et un pare-vent autour du réchaud empêche le vent d’emporter la chaleur. Les deux économisent du combustible et du temps.

Cette fiche explique de la physique, pas de la médecine. Ces bases seules ne permettent pas de juger si quelqu’un souffre d’hypothermie ou d’un coup de chaleur. En présence de signes tels que des frissons violents, de la confusion ou de la somnolence par temps froid, ou des vertiges, des nausées et de la confusion par forte chaleur, appelez le numéro d’urgence local (112 dans l’UE).

Une erreur fréquente est de s’efforcer tellement au froid que l’on transpire abondamment. Les vêtements mouillés vous refroidissent alors dès que vous vous arrêtez. Mieux vaut enlever une couche avant de transpirer et remettre aussitôt quelque chose pendant les pauses.

L’eau conduit bien mieux la chaleur que l’air. Quiconque est mouillé ou tombe dans l’eau froide se refroidit donc beaucoup plus vite que dans l’air à la même température. N’utilisez jamais de sources de chaleur comme des réchauds ou des feux dans des tentes ou des espaces clos – il y a risque d’intoxication au monoxyde de carbone.

Pourquoi une rampe métallique paraît-elle plus froide en hiver qu’une rampe en bois, alors que les deux sont aussi froides ? Parce que le métal évacue la chaleur de votre main bien plus vite. Votre peau ne mesure pas la température, mais la vitesse à laquelle elle perd de la chaleur. C’est exactement pour cela que la sensation est souvent trompeuse.

Le gel par nuit claire s’explique aussi par le rayonnement : un ciel sans nuages renvoie presque aucune chaleur, si bien que le sol, les voitures et les tentes se refroidissent fortement, parfois même en dessous de la température de l’air. Sous les arbres ou par temps couvert, il fait souvent un peu plus doux. C’est une bonne raison de ne pas choisir un emplacement de camp entièrement à découvert sous le ciel.