Comment le gilet chauffant protège-t-il du froid ?

En hiver, la perte de chaleur produite naturellement par le corps habillé se fait essentiellement par deux processus :
– la conduction de la chaleur de la peau vers les vêtements, dans l’air contenu dans les tissus, puis vers l’extérieur.
– la convection, c’est-à-dire la circulation de l’air proche de la peau ou des vêtements, et qui emporte avec elle de la chaleur captée via la conduction.

Les vêtements ralentissent ces 2 modes de déperdition : la conduction est freinée par l’usage de matériaux isolants (qui transmettent peu la chaleur), la convection est diminuée en fermant les entrées d’air (resserrement autour du cou, de la taille, des poignets)
Lorsqu’on est immobile, le corps produit moins de chaleur, et peut avoir froid. Et, comme pour une maison, lorsque la température de son environnement baisse, le transfert de chaleur vers l’environnement est augmenté.

Le gilet chauffant est conçu comme une petite maison confortable, proche du corps : les matériaux sont isolants, réduisant la convection; le gilet est choisi pour être ajusté au corps, réduisant la convection ; et de plus, il est équipé de petites résistances de chauffage électrique à très bas voltage (5V continus, totalement inoffensifs), qui diffusent une douce chaleur (environ 10W). Ce mode actif vient réchauffer le corps, et également ralentir sa déperdition énergétique (le vêtement étant plus chaud). Le design intègre également une isolation particulière de ces résistances chauffantes, pour limiter leur déperdition vers l’extérieur, et maximiser l’efficacité énergétique du dispositif.

L’énergie est fournie par un powerbank (une batterie) situé en poche, d’un modèle identique à celui qui sert couramment pour recharger un GSM ou une tablette. Un tel powerbank peut contenir une quantité d’énergie de l’ordre de 50 Wh, ce qui permet au gilet chauffant de fonctionner pendant plusieurs heures. La durée d’utilisation dépendra de la puissance de chauffe choisie – le gilet est équipé d’un bouton permettant de choisir un chauffage puissant, moyen ou faible – , choix qui dépendra aussi de la température extérieure.

Comment percevons-nous le chaud et le froid?

La peau contient de nombreuses terminaisons nerveuses spécialisées, qu’on appelle thermorécepteurs, qui ne sont là que pour mesurer les températures. Si la valeur mesurée ne correspond pas à celle voulue – par ex. environ 37 °C dans le corps – alors l’organisme intervient pour corriger la situation. Ainsi, si le corps est trop chaud et doit donc se refroidir, la circulation sanguine augmente dans la peau qui se met à rougir et on commence à transpirer. A l’inverse, si l’on a froid, le corps freine la circulation pour réduire les émissions de chaleur. Mais on peut aussi se réchauffer en bougeant. Et si cela ne suffit pas, les muscles se mettent spontanément à trembler. D’autres manifestations de la sensation de Froid sont la chair de poule (Les muscles érecteurs des poils se contractent, ce qui provoque la redressement des poils (piloérection), réduisant la perte de chaleur par la peau, des tremblements. Les muscles se contractent et se relâchent rapidement pour produire de la chaleur, des frissons (Sensation de froid intense accompagnée de contractions musculaires rapides et involontaires), ou encore de l’engourdissement (Sensation de perte de sensibilité dans les extrémités comme les doigts et les orteils).

Pourquoi certaines personnes ont plus vite froid que d’autres?

Le corps dégage sans arrêt de la chaleur, même au repos. Cette chaleur provient du travail du métabolisme et de l’énergie issue des aliments consommés. Ce métabolisme énergétique joue un rôle important quant à la rapidité à laquelle on commence à grelotter. Les personnes qui ont un métabolisme énergétique élevé ont plutôt chaud et les autres ont plus vite froid. Le métabolisme énergétique est très individuel et dépend de différents facteurs. Il est notamment régulé par des processus hormonaux, dont la plus importante en la matière est l’hormone thyroidienne. D’autres hormones, comme les hormones sexuelles ou les hormones du stress, interviennent aussi dans la régulation de la température.

Oui, les femmes ont plus vite froid que les hommes.

De plus en plus d’études montrent que la sensibilité au froid est plus aiguë chez les femmes que chez les hommes. En moyenne, leur température de confort est de deux degrés plus élevée que chez les hommes. Une équipe de l’Université de Lille met en évidence le rôle de la testostérone, hormone masculine, qui inhibe des thermosenseurs situés sur la peau .
Les femmes ont une préférence pour un environnement légèrement plus chaud, tandis que les hommes préfèrent des conditions légèrement plus fraîches. Les femmes sont beaucoup plus sensibles aux températures trop chaudes ou trop froides, alors qu’elles ressentent à peine les températures normales différemment des hommes. Les femmes sont plus sensibles aux changements de température intérieure que les hommes.

Ces différences peuvent en partie être justifiées physiologiquement. En moyenne, les femmes ont 20 % de masse corporelle en moins, 14 % de graisse corporelle en plus et 18 % de surface corporelle en moins que les hommes. La température de la peau des femmes est inférieure à celle des hommes et la circulation sanguine dans les mains est plus faible lorsqu’il fait froid.

Par conséquent, lors de la conception des bâtiments, il est désormais recommandé, même avec un contrôle centralisé, de toujours permettre un réglage individuel des températures ambiantes de ±2°C.
La détection de la température extérieure se fait en surface de notre corps, par les cellules de la peau et les terminaisons nerveuses libres, qui se situent tout près de l’endroit où la couche externe de la peau (l’épiderme) rencontre la couche suivante (le derme). Il existe de nombreuses différences entre les peaux des individus. Le derme et l’épiderme sont plus épais sur les fesses et plus fins sur les cuisses et au milieu du dos. De même, l’épaisseur de la couche de graisse sous-cutanée diffère selon les endroits du corps. Elle est plus épaisse sur les fesses, mais plus fine sur les bras et les cuisses. L’épaisseur de la peau diffère aussi en fonction du genre. La couche de graisse sous-cutanée est presque deux fois plus épaisse chez les femmes que chez les hommes. Chez les hommes, la graisse se concentre autour des organes, dans l’abdomen, tandis que chez les femmes elle se trouve un peu partout, sous leur peau.
Mais la graisse est aussi réputée être un isolant, alors pourquoi les femmes auraient-elles plus vite froid que les hommes ? La réaction naturelle du corps, quand il a froid, consiste à trembler, c’est-à-dire que les muscles se contractent involontairement pour générer de la chaleur. Ce phénomène est contrôlé par le système nerveux. On sait que les hommes sont dotés d’une masse musculaire plus importante grâce à laquelle ils peuvent mieux se réchauffer quand il fait froid, qu’ils soient en action ou qu’ils se reposent. Les hommes ont aussi un métabolisme de base plus élevé – c’est-à-dire qu’ils dépensent davantage d’énergie quand leur corps est au repos. Ces deux facteurs leur permettent de maintenir une température plus élevée, même quand ils ne bougent pas.
Si l’on observe la distribution de la graisse sous-cutanée, le corps féminin devrait mieux maintenir la chaleur que le corps masculin, mais ce n’est pas le cas. Même si les muscles féminins ont la même capacité à trembler que ceux des hommes, le fait que la couche de graisse isolante des femmes soit plus épaisse signifie que la chaleur que ces contractions génèrent met potentiellement plus longtemps à parvenir jusqu’aux couches externes de la peau, là où se situent les fameuses terminaisons nerveuses libres.

Les boissons chaudes aident-elles à se réchauffer et les froides à se rafraîchir?

Il est clair qu’une tasse de thé chaud en hiver est très agréable. Ça réchauffe, mais pas longtemps: quand on boit une boisson chaude, on doit relativement vite aller aux toilettes après. Or en éliminant de l’urine, qui est toujours à 37 °C, on perd beaucoup d’énergie thermique absorbée. Pour vraiment se réchauffer, mieux vaut manger des aliments riches en protéines. Lors de la digestion des protéines, un cinquième à un quart de l’énergie chimique est libérée sous forme de chaleur, ce qui est beaucoup plus que lors de la digestion des lipides ou des glucides. Comme le processus de digestion est relativement long, la chaleur reste plus longtemps dans le corps après un repas solide.
C’est l’inverse en été: on mange plus volontiers froid et léger, en privilégiant les graisses et les glucides, comme la glace, qui libèrent moins d’énergie que les protéines lors de la digestion et qui n’élèvent donc pas encore plus notre température.

Pourquoi avoir froid est-il désagréable ?

Après tout, « avoir froid » n’est qu’une sensation physique que l’on éprouve lorsque la température ambiante est inférieure à celle à laquelle notre corps est habitué ou confortable. Pourquoi se ressenti est-il généralement désagréable ? La sensation de froid est désagréable pour plusieurs raisons physiologiques, psychologiques et évolutives. Voici une exploration des raisons pour lesquelles avoir froid est perçu de manière négative :

Physiologiques
1. Inconfort physique : le froid active des récepteurs thermiques dans la peau, qui envoient des signaux au cerveau indiquant une température inférieure à celle du corps. Cette activation intense des récepteurs thermiques est perçue comme désagréable.
2. Réactions corporelles :
Vasoconstriction : la réduction du flux sanguin vers la peau pour conserver la chaleur centrale peut causer des sensations de picotements ou d’engourdissement.
Frissons : les contractions musculaires involontaires pour générer de la chaleur peuvent être fatigantes et inconfortables.
Chair de poule : la contraction des muscles à la base des poils (piloérection) n’est pas utile chez les humains modernes, mais peut causer une sensation désagréable.
3. Douleur : à des températures extrêmement basses, le froid peut causer des douleurs similaires à celles ressenties par des brûlures, dues à des lésions tissulaires (engelures).

Psychologiques
1. Stress : le froid peut activer la réponse au stress du corps, libérant des hormones comme le cortisol et l’adrénaline, ce qui peut augmenter la sensation de malaise et d’inconfort.
2. Anxiété : être exposé à des conditions froides peut augmenter l’anxiété, surtout si l’on craint de ne pas pouvoir se réchauffer ou si l’on est dans une situation où le froid peut présenter un danger pour la santé.

Évolutives
1. Survie : historiquement, le froid extrême était un signal de danger. Les sensations désagréables associées au froid poussent les individus à chercher des moyens de se réchauffer et à éviter les environnements potentiellement dangereux, augmentant ainsi les chances de survie.
2. Conservation de l’énergie : le corps utilise plus d’énergie pour se réchauffer dans des conditions froides. La sensation de froid peut inciter une personne à chercher un environnement plus chaud pour conserver de l’énergie.

Sociales
1. Interaction sociale : le froid peut limiter les activités sociales et les interactions humaines, ce qui peut contribuer à une sensation de malaise ou de déprime, surtout en l’absence de compagnie ou d’activités agréables.

En résumé, avoir froid est désagréable en raison des réactions physiologiques du corps, des perceptions psychologiques et des instincts évolutifs de survie. Ces réponses intégrées servent à encourager les comportements visant à trouver des conditions plus confortables et sûres, assurant ainsi le bien-être et la survie.