26 janvier 2026
Les êtres humains génèrent de la chaleur en convertissant l'énergie chimique contenue dans les aliments en énergie métabolique. En génie du bâtiment, on doit prévoir la quantité de chaleur que les occupants d'un espace vont générer afin de concevoir les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) appropriés, et ainsi créer des environnements intérieurs confortables et écoénergétiques.
La chaleur produite par notre corps augmente lorsque nous sommes actifs (course, jeu, marche, etc.) et doit être compensée par une quantité équivalente de chaleur libérée dans notre environnement pour maintenir la température de notre corps constante. Nous pouvons ainsi prédire la quantité de chaleur générée par les occupants d'une pièce en fonction du nombre de personnes présentes et du type d'activité qu'elles pratiquent. Mais comment cette chaleur est-elle évacuée par le corps humain?
Le corps évacue de la chaleur de deux façons : par la peau et par la respiration. Chacun implique deux modes de transfert thermique : « sec » et « évaporatif ».
Évacuation de chaleur par évaporation ou séchage
L'évacuation de chaleur sèche désigne la perte de chaleur due à une différence de température entre le corps et l'environnement. Par exemple, lorsque notre peau est plus chaude que l'air ambiant, notre corps libère de la chaleur sèche par convection, ce qui signifie que l'air ambiant plus frais entre en contact avec notre peau chaude et la refroidit. Nous évacuons également de la chaleur sèche par la respiration, car l'air chaud de nos poumons se mélange à l'air plus frais de notre environnement quand nous expirons.
La perte de chaleur évaporative est due à l'évaporation de l'eau contenue dans notre corps. La vapeur d'eau passe continuellement à travers les pores de notre peau par diffusion, et l'air que nous expirons contient également de la vapeur d'eau. Quand nous transpirons, l'eau s'infiltre à travers les pores ouverts, puis s'évapore, ce qui refroidit davantage notre corps. La figure 1 montre ces différents mécanismes d’évacuation de la chaleur et les termes utilisés pour chacun.
Figure 1 – Mécanismes d’évacuation de la chaleur du corps humain
Différentes catégories d'équipements de chauffage et climatisation peuvent gérer différents rapports de chaleur sèche et chaleur évaporative. Par exemple, un radiateur à plinthe ne fournit que de la chaleur sèche et n'élimine ni n'ajoute d'humidité à l'air, tandis qu'un climatiseur peut à la fois refroidir et déshumidifier l'air. Par conséquent, il faut comprendre le rapport entre l'évacuation de chaleur sèche et de chaleur évaporative générée par les occupants afin de choisir le système CVC convenant à l'espace.
Les enfants ne sont pas des mini-adultes
De nombreux modèles permettent d'estimer les pertes thermiques chez les adultes par les différents mécanismes et ainsi quantifier la chaleur sèche et évaporative qu’ils dégagent. Les corps des enfants toutefois utilisent ces mêmes mécanismes différemment. D'abord, les enfants sont plus petits et pèsent moins que les adultes ; ils dégagent donc moins de chaleur lorsqu'ils et elles font la même activité. Deuxièmement, leur rapport surface corporelle-poids est plus élevé, ce qui leur permet d'évacuer la chaleur plus efficacement par convection et rayonnement par la peau. Plus important encore, les enfants prépubères ont des glandes sudoripares moins développées, ce qui limite leur capacité à se rafraîchir par la transpiration. Le rapport entre la perte d'eau par évaporation et la perte d'eau par transpiration chez les enfants est donc différent de celui des adultes pratiquant la même activité. Ainsi, appliquer des modèles basés sur les adultes aux enfants peut mener à des prévisions inexactes de perte de chaleur, de confort et de sécurité.
Pour combler cette lacune, nous avons créé un modèle de bilan thermique spécifique aux enfants afin de prédire leurs pertes thermiques sèches et évaporatives. Nous avons d'abord révisé les équations thermodynamiques fondamentales qui décrivent les échanges thermiques illustrés à la figure 1. Des facteurs spécifiques aux enfants (poids, taille, surface corporelle, taux de production de chaleur métabolique et fréquence respiratoire) ont été pris en compte afin de refléter les conditions physiologiques réelles des enfants.
Historiquement, la transpiration était modélisée à l'aide d'équations de régression développées par Ole Fanger, à partir de données issues d'expériences menées sur des adultes dans les années 1970. Nous avons adopté une approche empirique similaire. Nous avons fait une analyse approfondie des études antérieures sur le taux de transpiration, la température cutanée, la production de chaleur métabolique et les conditions environnementales (température et humidité de l'air) chez les enfants et les adultes pendant diverses activités physiques. À partir de l'analyse statistique de ces données, nous avons créé des équations de régression pour prédire la perte de chaleur liée à la transpiration chez les enfants de moins de 18 ans et les enfants prépubères. En combinant des équations modifiées pour d'autres modes de transfert thermique, nous disposons désormais d'un modèle complet d'équilibre thermique spécifique aux enfants qui permettent de quantifier leurs pertes thermiques sèches et évaporatives.
Répercussions sur la conception des systèmes CVC
Le résultat le plus important de cette recherche est que le nouveau modèle permet non seulement aux ingénieurs et ingénieures en CVC de prédire la chaleur dégagée par les enfants, mais aussi leur rapport spécifique entre chaleur sèche et chaleur évaporative pour diverses activités. Les groupes de conception en CVC ont ainsi recours à des données réalistes pour créer des systèmes CVC mieux adaptés aux environnements fréquentés par les enfants, comme les écoles et garderies. Ces données peuvent les aider à calculer avec précision la quantité de refroidissement, de chauffage ou de déshumidification nécessaire au maintien du niveau de confort. Elles peuvent également aider les équipes de recherche à quantifier plus précisément la chaleur générée par les enfants occupants, ce qui vient étayer les recherches de plus en plus nombreuses sur le confort thermique des enfants et la qualité de l'air intérieur dans les salles de classe.
Complément d'information
Pour plus d'informations sur cette recherche, veuillez consulter l'article suivant : Farah Youssef, Stéphane Hallé, Katherine D’Avignon, Modeling heat loss through sweating: Towards improved heat load prediction from child occupants, Energy and Buildings, Volume 342, 2025, 115888, ISSN 0378-7788.
