Bivouac, tapis de sol et flux de chaleur

oZak · 28-03-2020 20:54:59

Bonjour à tous,

Voilà, je me pose des questions en ces temps troublés. Et j'aurais besoin de vos avis éclairés.

Tout est parti de la question suivante : Est ce qu'il est vraiment utile de mettre une couverture de survie sous le tapis de sol lors d'un bivouac , et si oui quel est le réel gain en terme de flux de chaleur / énergie.

Je voulais commencer par une situation simple, c'est à dire un dormeur avec son tapis de sol.

En considérant :
- un dormeur ayant une température corporelle de 37 °C ( soit 310 K), émettant un flux de chaleur de 25 W/m² (Puissance au repos = 100 W (environ 2000 kcal/86400s), surface corporelle =2 m², mais uniquement une face orientée vers le sol)

- un sol à 0 °C (soit 273 K)

- un tapis de sol, que j'assimile à une couche d'air sec immobile, de e=0.01 m d'épaisseur et de conductivité thermique 0.026 W/(K.m)

Et là, tout s'écroule. Je n'arrive pas à poser mon problème...

J'utilise la loi de Fourier, j=-lambda *(T_2 - T_1) /e

Je calcul le flux de chaleur à travers le tapis de sol à partir des températures, en supposant que la température du tapis de sol côté dormeur est T_up=310 K et que la température du tapis de sol côté sol est de 273 K.

On obtient un flux de chaleur de 96,2 W/m². Soit presque 4 fois le flux de chaleur du dormeur ....
Il va vite avoir froid le dormeur

**
Si il a un sac de couchage qui limite la perte d'énergie, et que l'on considère que la surface extérieur du sac de couchage est à quelques degrés au dessus de la température extérieur, par exemple 5 °C, et quelle correspond à la température de la face du tapis de sol en contact avec le dormeur, on a T_up = 278 K.

Dans ce cas le flux de chaleur à travers le tapis de sol est de 13 W/m². La le dormeur va bien dormir car le flux de chaleur à travers le tapis de sol est inférieur au flux de chaleur émis par le dormeur.

**
Et au final, si je rajoute une couverture de survie sous mon tapis de sol, c'est intéressant que si la température de la couverture de survie, T_cs, est à la même température que la face sol du tapis de sol sinon le flux de chaleur est gigantesque (lambda_alu = 200 W/(K.m) et e = 10 micromètre).

Si on considère T_cs = T_down = 273 K, que la couverture de survie renvoie 90% des IR, et qu'un humain n’émet que dans les IR alors on a en bonus quelques W/m² :

Loi de Stefan-Boltzman -> M = sigma T^4 avec sigma = 5,67 * 10^(-8)W/(m².K^4)

Le flux de chaleur, ou l’excitante plutôt, est de 523,64 W/m² (ce qui est incompatible avec les 50W/m² donné plus haut qui correspond à ce que je trouve dans la biblio). La couverture de survie en renverrai (en supposant que le tapis de sol laisse tout passer) 471,27 W/m² vers le dormeur.

**

[EDIT] Du coup je ne comprends pas et ne peux pas conclure sur le problème ...

Désolé pour se long message, mais j'espère que quelqu'un va pouvoir m'aider ... Je sais qu'il y a des physiciens dans les parages alors montrez vous !

Merci à tous

Dernière modification par oZak (28-03-2020 22:30:25)

Magne2 · 28-03-2020 21:00:36

Bonjour, j'ai jamais utilisé de couverture de survie mais :
De bons matelas
Des sacs de couchage me donnant satisfaction.

Redfish · 28-03-2020 21:05:14

Coucou oZak,
Sacré démonstration (que je ne suis pas arrivé à suivre).

Il me manque quand même quelque chose... une conclusion, de préférence vulgarisée.
Au final, quelle est la différence entre avec et sans en terme de ressenti (ou en ordre de grande, voir en Rvalue) ?

PS: A noter que la couverture de survie sous le matelas n'a aucun intérêt si on à déjà un matelas avec des couches aluminisés dedans (ex: Neoair xlite/xtherm).

Redfish · 28-03-2020 21:11:22

oZak a écrit :

#562747- un dormeur ayant une température corporelle de 37 °C ( soit 310 K), émettant un flux de chaleur de 25 W/m² (Puissance au repos = 100 W (environ 2000 kcal/86400s), surface corporelle =2 m², mais uniquement une face orientée vers le sol)

Le dormeur lambda est en général plus petit qu'un matelas regular en terme de surface... donc au max 1m80*50, soit 0.9m² (en pratique moins, les jambes en particulier sur le bas prennent moins de surface encore).
Donc pour 100w dégagé, ça fait 111w/m².

PS: Je ne vois pas comment tu passes de 100w/m² à 25w/m².

oZak a écrit :

#562747Le flux de chaleur, ou l’excitante plutôt, est de 523,64 W/m² (ce qui est incompatible avec les 50W/m² donné plus haut qui correspond à ce que je trouve dans la biblio). La couverture de survie en renverrai (en supposant que le tapis de sol laisse tout passer) 471,27 W/m² vers le dormeur.

Je ne vois pas comment la couverture pourrait renvoyer 523w/m² avec un dormeur n'en envoyant que 111 (et encore, seulement la moitié vres le matelas/sol, l'autre moité vers le sac de couchage).

Dernière modification par Redfish (28-03-2020 21:12:34)

einganien · 28-03-2020 22:30:13

oZak a écrit :

#562747Si il a un sac de couchage qui limite la perte d'énergie, et que l'on considère que la surface extérieur du sac de couchage est à quelques degrés au dessus de la température extérieur, par exemple 5 °C, et quelle correspond à la température de la face du tapis de sol en contact avec le dormeur, on a T_up = 278 K.

Je ne vais pas vous cacher que je n'ai rien pigé à vos maths !
Par contre, la seul chose que je connais techniquement dans le bivouac, c'est qu'un sac de couchage perd ses propriétés isolantes à l'endroit ou il est écrasé par le dormeur.
Je ne suis pas sûr que tu es pris ça en compte dans ton calcul, ou alors, j'ai rien compris

Vous avez vu, j'ai tout lu quand même LOL

Dernière modification par einganien (29-03-2020 21:00:01)

oZak · 29-03-2020 00:00:01

Redfish a écrit :

#562752
oZak a écrit :
#562747- un dormeur ayant une température corporelle de 37 °C ( soit 310 K), émettant un flux de chaleur de 25 W/m² (Puissance au repos = 100 W (environ 2000 kcal/86400s), surface corporelle =2 m², mais uniquement une face orientée vers le sol)
Le dormeur lambda est en général plus petit qu'un matelas regular en terme de surface... donc au max 1m80*50, soit 0.9m² (en pratique moins, les jambes en particulier sur le bas prennent moins de surface encore).
Donc pour 100w dégagé, ça fait 111w/m².
PS: Je ne vois pas comment tu passes de 100w/m² à 25w/m².
oZak a écrit :
#562747Le flux de chaleur, ou l’excitance plutôt, est de 523,64 W/m² (ce qui est incompatible avec les 50W/m² donné plus haut qui correspond à ce que je trouve dans la biblio). La couverture de survie en renverrai (en supposant que le tapis de sol laisse tout passer) 471,27 W/m² vers le dormeur.
Je ne vois pas comment la couverture pourrait renvoyer 523w/m² avec un dormeur n'en envoyant que 111 (et encore, seulement la moitié vres le matelas/sol, l'autre moité vers le sac de couchage).

Alors pleins de bonnes remarques !
- je ne prend pas en compte la surface "réel" du tapis de sol. Juste un flux au mètre carré donc pas très grave il me semble.
- je passe de 100W a 25W/m². Car si le corps humain émet 100W c'est pour l'ensemble de son corps et dans toutes les directions. Donc, comme le corps humain fait environ 2m², ça fait 50W/m². Mais, peut être à tort, je considère qu'il ny'a que 50W qui sont émit vers le sol, Mais après réflexion ça ne fait du coup que 1m² à la louche et on aurait donc 50W/m² de flux d'énergie vers le sol ?
et donc à corriger le 25W/m² en 50W/m² ...

Et pour le couverture de survie, bin moi non plus je ne vois pas comment le corps humain peut générer 523W/m² par rayonnement (en appliquant la loi de Stefan et en faisant l'hypothèse que le corps humain était un corps noir) alors qu'il est censé générer 50W/m² ...

einganien a écrit :

#562767
oZak a écrit :
#562747Si il a un sac de couchage qui limite la perte d'énergie, et que l'on considère que la surface extérieur du sac de couchage est à quelques degrés au dessus de la température extérieur, par exemple 5 °C, et quelle correspond à la température de la face du tapis de sol en contact avec le dormeur, on a T_up = 278 K.
Je ne vais pas vous cacher que je n'ai rien pigé à vos math !
Par contre, la seul chose que je connais techniquement dans le bivouac, c'est qu'un sac de couchage perd ses propriétés isolantes à l'endroit ou il est écrasé par le dormeur.
Je ne suis pas sûr que tu es pris ça en compte dans ton calcul, ou alors, j'ai rien compris
Vous avez vu, j'ai tout lu quand même LOL

Alors j'ai pensé à prendre ça en compte mais je me suis dit qu'au final bien que le sdc ait perdu ces propriété isolante, ça température serait celle au pire de l’extérieur du sac ou celle du dormeur.... des idées ?

Dernière modification par oZak (29-03-2020 00:11:30)

Redfish · 29-03-2020 01:45:40

oZak a écrit :

#562789 je considère qu'il ny'a que 50W qui sont émit vers le sol,

Oui, au temps pour moi...

marcheur75 · 29-03-2020 09:16:05

oZak a écrit :

#562747
...
Tout est parti de la question suivante : Est ce qu'il est vraiment utile de mettre une couverture de survie sous le tapis de sol lors d'un bivouac , et si oui quel est le réel gain en terme de flux de chaleur / énergie.
Je voulais commencer par une situation simple, c'est à dire un dormeur avec son tapis de sol.
...

Tapis de sol ou matelas ? Ce n'est pas la même chose.

Si j'ai bien compris la démarche des physiciens, et des scientifiques en général, il y a initialement le constat d'un phénomène physique, la pomme qui tombe sur la tête de Newton, la couverture de survie sous le matelas qui apporte, ou non, un gain de chaleur au dormeur. A partir de ces constats, le physicien reproduit l'expérience plusieurs fois, et dans des conditions différentes.

Puis il essaie d'y appliquer un modèle théorique, et vérifie si ce modèle théorique correspond à la réalité, et dans quelles conditions ce modèle est vrai. Il refait donc pour vérifier le modèle différentes expériences.

Ensuite il utilise ce modèle théorique pour prédire, dans des limites définies, les comportements physiques.

Donc, mais je n'ai peut-être rien compris à ta démarche, ce ne sont pas les équations qui vont prouver l'efficacité à priori d'une couverture de survie sous un matelas. Il faudrait déjà un nombre certain de relevés expérimentaux.

Dernière modification par marcheur75 (29-03-2020 09:17:14)

scorate · 29-03-2020 09:34:17

Alors je pense que tes calculs sont correct enfin pour ceux que j'ai refais, cela montre juste que tes approximations sont trop grossière, par exemple la température extérieur d'un humain est loin de 37°C, tu ne peux pas prendre comme surface de contacte la moitié de la surface d'un humain car on est pas des crêpes etc.

Pour la partie du rayonement je pense que la encore tu si tu veux prendre les équations de base de bolzman, tu va un peu galèré car cela marche je pense plutot bien dans le vide et il y a qu'à voire la vitesse à la quelle gèle un corps dans le vide, mais dans ta tente, ton corps rayonne certes, mais tes habit ton sdc, ton tapis sol, ta tente, et tout ce qui t'entour aussi et donc tu récupère beaucoup du rayonement que tu envoies.

Je pense que si tu veux par exemple voir l'éfficacité d'une couverture de survie sous un tapis de sol, le plus simple c'est de faire des test avec une bouillote et de voir combien elle pert en température sur genre 1h avec ou sans couverture de survie.
Ou un bon logiciel de modélisation.

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