Équipements de refroidissement individuels

Équipements de refroidissement individuels 

Laprise et al. (2005), ont recensé durant une période comprise entre le 1er janvier et le 31 mai 2004, 330 équipements de refroidissement. Parmi, ces derniers, 256 sont uniques et de modes de fonctionnement regroupées en six catégories basées sur l’évaporation, le changement de phase passif, la détente de l’air comprimé, le refroidissement thermoélectrique avec circulation de liquide, le changement de phase actif, la compression de vapeur avec circulation de liquide.

Les technologies de refroidissement et leurs taux d’utilisation dans les équipements commercialisés . Ainsi, les équipements de refroidissement par évaporation de la sueur (avec circulation d’air) et par changement de phase passif (sans circulation d’air), représentent respectivement 56,52 et 29,64 % des vestes recensées par Laprise et al. Les technologies par compression de vapeur (utilisant une machine frigorifique) et par détente de l’air comprimé (utilisant un compresseur) totalisent moins de 5 %. De plus, elles nécessitent des réservoirs et ne sont donc pas portables. Les technologies utilisant simultanément le changement de phase et la circulation d’air, désigné par changement de phase actif, représentent 7 %, tandis que la proportion des équipements basée sur le refroidissement par modules thermoélectriques est seulement de 0,79 %.

Des tests ont été faits par Laprise et al. (2005), sur des mannequins dont la température était maintenue à 35 °C, conformément à la norme ASTM F2371-16, qui est une méthode d’essai standard pour mesurer le taux d’élimination de chaleur des systèmes de refroidissement individuels à l’aide d’un mannequin chauffé et muni de dispositifs simulant la sudation. Un uniforme de policier et un vêtement de protection chimique ont été utilisés pour l’étude. Conformément au protocole d’essai, le test est arrêté lorsque la capacité de refroidissement chute en dessous de 50 W.

les capacités de refroidissement des différentes catégories de vestes de refroidissement en fonction du temps. Il en ressort que :

1. La veste à détente d’air préalablement comprimé (D) est la plus efficace. Elle présente une capacité de refroidissement voisine de 180 W et est disponible sur le marché. Celle-ci est raccordée à un système de compression qui la rend encombrante et non portable;

2. La veste à compression de vapeur et circulation de liquide (E) de capacité de refroidissement voisine de 170 W est reliée à un réservoir thermique froid. Ce type de veste est encore utilisé par l’armée notamment dans les hélicoptères;

3. Les vestes à évaporation (A) présentent une capacité de refroidissement élevée, de l’ordre de 350 W et qui décroit subitement après les six premières minutes, pour atteindre une valeur de 60 W environ;

4. Celles avec matériaux à changement de phase (B) et (C) respectivement active et passive sont les moins efficaces et leurs capacités chutent respectivement, après 6 min et 40 min.

Cette étude ne mentionne pas les énergies consommées par les différentes vestes. De plus, un seul équipement utilisant les modules TE, a été recensé, mais n’a pu être testé pour des raisons non expliquées.

Les principes de fonctionnement des différents équipements de refroidissement cités sont explicités dans ce qui suit.

Vestes de refroidissement par circulation d’air 

Les vestes de refroidissement par circulation d’air sont basées sur le principe de l’évaporation de la sueur par l’air ambiant soufflé sur la peau et la convection forcée. Celleci est utilisée principalement dans des environnements à humidité modérée.

Les essais réalisés par Mengmeng et al. (2013) sur cinq prototypes de vestes avec des emplacements différents des ventilateurs, montrent que la puissance de refroidissement est sensiblement identique et n’est pas influencée par la position des ventilateurs.

Vestes de refroidissement par compression de vapeur et circulation de liquide 

Les vestes de refroidissement par compression de vapeur et circulation de liquide (LCG) utilisent généralement de l’eau qui circule dans des conduits flexibles insérés dans la veste.

Un prototype comportant un circuit d’eau en forme de serpentin  a été testé sous une ambiance de 30 °C et une humidité relative de 40 %, par Bartkowiak, Dabrowska, et Marszalek (2017). L’étude ne mentionne pas de capacité de refroidissement, mais une diminution significative de la température de la peau sous la veste est observée. Celle-ci est raccordée à un réservoir d’eau refroidie par une machine frigorifique et n’est pas portable.

Vestes de refroidissement par changement de phase (MCP) 

Ce type de veste utilise l’enthalpie de solidification des matériaux, en général de la glace ou de la paraffine. Les essais effectués par Glen P Kenny et al. (2011), dans un environnement à 35 °C et 65 % d’humidité relative, conduisent à une autonomie de 2 heures pour une masse de 7,5 kg.

D’autres travaux portant sur la modélisation des échanges thermiques (M. Mokhtari Yazdi, Sheikhzadeh, Dabirzadeh, & Chavoshi, 2016), l’optimisation de la position des paquets MCP (Itani, Ghaddar, Ghali, Ouahrani, & Chakroun, 2017), ont également été menés. L’influence de la température de fusion du MCP sur l’efficacité de la veste a été étudiée (House et al., 2013). Les auteurs de cette étude ont testé quatre matériaux à changement de phase de températures de fusion de 0, 10, 20 et 30 °C, sous un équipement de protection de pompiers porté par dix sujets, dans un environnement à 40 °C et 46 % d’humidité relative. Ils constatent que seules les vestes munies de matériaux à changement de phase avec une température de fusion de 0 et 10 °C procurent un refroidissement respectivement de 40 et 29 W. Ils notent que les matériaux ayant une température de fusion de 10 °C sont plus appréciés en raison du risque d’engelures provoquées par les paquets à 0 °C. Les auteurs ne donnent pas de détails sur les matériaux à changement de phase utilisés et l’effet de la chaleur de fusion est totalement occulté.

Une étude plus large utilisant deux types de vestes de refroidissement, la première munie de sachets de MCP et l’autre munie de sachets de MCP et de ventilateurs a été menée par (Chan, Yi, & Wong, 2016). Les vestes qui combinent plus d’une technique de refroidissement sont appelées vestes hybrides. Ce type de veste sera abordé dans les sections suivantes. Les vestes ont été portées par les travailleurs œuvrant dans quatre secteurs d’activités différents soit : la construction, la cuisine et la restauration, l’industrie du nettoyage extérieur et l’horticulture et le secteur aéroportuaire. Les auteurs ont estimé à partir des réponses au questionnaire soumis aux travailleurs, la durée moyenne de refroidissement à 75 min dans la construction, 72 min dans le nettoyage extérieur et l’horticulture, 84 min en cuisine et restauration et 69 min pour les travailleurs situés sur les aires de stationnement et de circulation des avions. Les principaux inconvénients des vestes qui ont été relevés par les sujets sont : le temps de refroidissement court, le poids jugé trop lourd, la rigidité et le danger en présence d’un équipement mobile (risque d’être saisi ou retenu).