Evaluation de la chaleur latente d’évaporation

La densité de flux mesurée par le fluxmètre thermique est calculée grâce à la sensibilité trouvée par la méthode de « calibration de la sensibilité avec une résistance chauffante » S et la différence de potentiel mesurée aux bornes du fluxmètre thermique. Nous traçons la courbe de la densité de flux thermique mesurée en fonction du temps (Ф(t)). L’intégral de cette courbe (Ф(t)) nous donne l’énergie de chaleur latente produite par évaporation Qe.

En théorie, cette énergie est calculée selon l’équation 4.5.

Où Qe est l’énergie par chaleur latente produite par évaporation (J), Le est le coefficient de chaleur latente d’évaporation de l'eau (2338 J.g-1), et M est la masse d’eau déposé sur le tissu, à savoir 0,1 ml et 0,2 ml (g).

Bien que nous connaissions la quantité d’eau utilisée pour chaque essai, le coefficient de chaleur latente d’évaporation est calculé selon l’équation 4.5. L’erreur entre la chaleur latente d’évaporation de l'eau théorique (2338 J.g-1) et la valeur calculée est évaluée.

3.3.1. Résultats

Cette comparaison est faite pour les deux méthodes de caractérisation présentées précédemment, à savoir la méthode de la résistance chauffante et la méthode de la plaque chaude gardée.

- Méthode de la résistance chauffante

Le tableau 4.8 présente l’erreur entre la chaleur latente d’évaporation de l’eau théorique (2338 J.g-1) et les valeurs calculées pour la méthode de la résistance chauffante pour une densité de flux fournie de 464 W.m-2.

Tableau 4.8. Pourcentage d’erreur évalué entre la chaleur latente d’évaporation théorique et les valeurs calculées par la méthode de la résistance chauffante

Erreur (%)

PES/Sa-g (TS) 15,11

PES/CO/Se-g (TS) 32,37

PES/CO/Sa-g (TS) 46,34

- Méthode de la plaque chaude gardée

Le tableau 4.9 présente le pourcentage d’erreur évalué entre la chaleur latente d’évaporation de l’eau théorique (2338 J.g-1) et les valeurs calculées pour la méthode de la plaque chaude gardée.

Tableau 4.9. Pourcentage d’erreur évalué entre la chaleur latente d’évaporation théorique et les valeurs calculées par la méthode de la plaque chaude gardée

Erreur pour 0,1 ml (%) Erreur pour 0,2 ml (%)

Reference 47,75 8,95

PES/Sa-p (TS) 34,03 11,72

PES/CO/Se-p (TS) 25,71 41,49

PES/CO/Sa-p (TS) 20,96 50,44

3.3.2. Interprétations

Le couplage des transferts thermiques et hydriques est un sujet complexe qui est influencé par plusieurs paramètres. Les pourcentages d’erreurs évalués peuvent être expliqués par les différents phénomènes complexes et non maitrisable de nos dispositifs.

Le premier phénomène supposé vient de la paroi auxiliaire « poreuse » des fluxmètres thermiques textiles qui prend en compte le facteur d’humidité. Ainsi, la

résistance thermique du dispositif se modifie en ajoutant de l’eau dans notre système.

Alors que les fluxmètres thermiques textiles sont en contact direct avec l’air ambiant ou avec un tissu pour la caractérisation du couplage des transferts thermiques et hydriques, la caractérisation des sensibilités à l’état sec est réalisée en plaçant un radiateur sur les fluxmètres thermique, ce qui modifie l’interface entre le fluxmètre thermique et l’environnement. Ces différentes interfaces, à savoir fluxmètre thermique/radiateur, fluxmètre thermique/air ambiant, et fluxmètre thermique/tissu, ont une influence sur la résistance thermique du système.

La deuxième méthode de caractérisation avec une quantité d’eau de 0,2 ml donne des résultats assez proches de la première méthode de caractérisation. Ainsi, il est observé par ces deux méthodes que les fluxmètres thermiques textiles avec le matériau PES indiquent une erreur plus faible que les fluxmètres thermiques textiles utilisant le matériau PES/CO. De même, ces valeurs semblent plus proche des mesures réalisés avec les fluxmètres thermiques références considérés comme imperméable. Ceci peut être expliqué par la nature hydrophobe du matériau. En effet, l’humidité influence plus faiblement son comportement. Ainsi, l’évaporation se produit essentiellement à la face extérieure du fluxmètre thermique textile.

Lorsque la comparaison est faite entre l’armure en satin et l’armure en sergé, en conservant le même matériau (PES/CO), l’armure en satin donne un pourcentage d’erreur plus élevé que l’armure en sergé. Il est potentiellement du au transfert de l’eau dans le fluxmètre thermique textile liée à sa structure serrée (Tableau 4.1 : « masse surfacique »).

4. Conclusion

Il a été choisi parmi l’ensemble des possibilités, quelques parois auxiliaires textiles appropriées afin de concevoir un fluxmètre thermique textile.

Différentes technologies et méthodes sont utilisées pour la réalisation du fluxmètre thermique textile : (i) insertion en trame, méthode soustractive (méthode TS), (ii)

insertion en trame, méthode additive (méthode TA), et (iii) insertion en chaine, méthode additive (méthode CA). L’objectif de cette partie a été de comprendre les performances de chaque fluxmètre thermique textile par rapport aux fluxmètres thermiques référents.

Lorsque la comparaison est faite entre la méthode TS et la méthode TA, il est observé que la sensibilité des fluxmètres thermiques textiles est meilleure pour ceux réalisés avec la méthode additive en éliminant l’effet du post traitement avec le persulfate de sodium. Cependant, le même comportement est obtenu avec ces deux méthodes : le fluxmètre avec le matériau PES/CO et l’armure en satin donne une sensibilité plus élevée que les autres fluxmètres thermiques textiles et le fluxmètre thermique référence.

La sensibilité des fluxmètres thermiques textiles réalisés par la méthode CA est plus faible. Elle s’explique par le fait que la connexion qui relie les fils de la thermopile implique une mise en parallèle des fils portant les jonctions ce qui diminue la différence de potentiel aux bornes du fluxmètre et donc sa sensibilité diminue d’autant.

Deux méthodes ont été utilisées afin de caractériser le couplage des transferts thermiques et hydriques. Alors que la méthode de la résistance chauffante s’intéresse à la dynamique de transferts à flux thermique constante, la méthode de la plaque chaude gardée considère l’évolution à température constante. Ces deux méthodes de caractérisation ont montré que le couplage des transferts thermiques et hydriques est particulièrement influencé par le matériau utilisé pour concevoir le fluxmètre thermique textile. Le zone d’évaporation augmente en utilisant une fibre hydrophile, tels que le coton. Ainsi, il semble que les mesures soient plus cohérents à partir du moment où l’eau ne transfert plus au travers du fluxmètre thermique textile. En effet, l’ensemble des résultats présentés avec le PES sont les plus proches de la théorie.

Références Bibliographiques

[1] G.Bedek, F.Salaün, Z.Martinkovska, E.Devau, D.Dupont, Evaluation of thermal and moisture management properties on knitted fabrics and comparison with a physiological model in warm conditions, Applied ergonomics, Vol. 42(6), (2011), 792- 800.

[2] P.Thureau, Fluxmètres thermiques, Techniques de l’ingénieur, R2900, (1988). [3] http://www.captec.fr/, (consulté le 29/09/2015).

[4] P.Godts, D.Dupont, D.Leclercq, Direct measurement of the evaporation latent heat by flowmetric method, IEEE transactions of instrumentation and measurement, Vol. 54, No. 6, (2005), 2364-2369.

CHAPITRE 5

Les applications du fluxmètre thermique à gradient tangentiel de température à paroi auxiliaire textile

SOMMAIRE

Introduction……….. 170 1. Notion thermo-physiologique ... 170 2. Définition de la thermorégulation ... 172 3. Interactions homme - vêtement - environnement ... 173 4. Système de surveillance physiologique (SSP) ... 174 5. Suivi physiologique pour les sportifs ... 176 5.1. Comportement des fluxmètres thermiques sur un banc de simulation (Skin

Model)………177 5.1.1. Protocole de caractérisation ... 177 5.1.2. Résultats et interprétations ... 177 5.2. Application d’usage des fluxmètres thermiques au porter ... 179 5.2.1. Protocole de caractérisation ... 179 5.2.2. Résultats et interprétations ... 180 6. Application en situation hostile spécifique pour les EPI des pompiers ... 182 6.1. Principe du mannequin thermique TOMM® ... 182 6.2.Protocole de caractérisation ... 183 6.2.1. Matériau support : assemblage multicouche des EPI ... 184 6.2.2. Méthode de caractérisation ... 185 6.3. Résultats et interprétations ... 188 7. Application aux transferts radiatifs ... 194 7.1. Principe du fluxmètre thermique textile radiatif ... 194 7.2. Conception du fluxmètre thermique textile radiatif ... 195 7.2.1. Choix de la concentration en graphite ... 195 7.2.2. Protocole de réalisation du fluxmètre thermique textile radiatif ... 197 7.3. Caractérisation du fluxmètre thermique textile radiatif ... 198 7.3.1. Caractérisation par émission IR ... 199 7.3.1.1. Protocole de caractérisation ... 199 7.3.1.2. Résultats et interprétations ... 200 7.3.2. Calibration par plaque chaude ... 202 7.3.2.1. Protocole de caractérisation ... 202 7.3.2.2. Résultats et interprétations ... 204

8. Conclusion ... 205 Références Bibliographiques ... 208

Introduction

Le vêtement, considéré comme une seconde peau, est un produit fait à partir d'un matériau textile. La fonction principale du vêtement est de protéger le porteur des conditions environnementales, sans oublier l’aspect esthétique.

En raison du développement de la technologie textile, les exigences sont de plus en plus croissantes sur la qualité des étoffes et des vêtements. La notion de confort peut être définie comme un état de bien-être, de se sentir à l’aise, et devient un attribut important demandés par les consommateurs modernes.

La notion de confort peut être étudiée en trois parties principales : le confort psychologique, le confort sensoriel, et le confort thermo-physiologique, aussi appelé confort thermique [1-3]. Considérant les transferts thermiques et hydriques à l’interface peau-vêtement, le confort thermique peut être accepté comme étant la notion la plus importante [4].

Le vêtement doit assurer les transferts thermiques et hydriques entre le corps humain et son environnement afin de maintenir un équilibre thermique et hydrique. Un déséquilibre génère des effets négatifs pouvant conduire à l’hyperthermie, l’hypothermie ou un stress thermique.