Chapitre 3 : Principaux problèmes matériels dans la conception et l'essai des combinaisons d'immersion

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Études des effets de l'infiltration d'eau : Pourquoi est-ce si important de rester au sec?

Le chapitre 1 expliquait le phénomène physique important que, dans l'eau la chaleur du corps se dissipe environ 25 fois plus rapidement que dans l'air. Cependant, en raison de la réaction physiologique évoquée, à température égale, les humains se refroidissent deux à cinq fois plus vite dans l'eau que dans l'air. Néanmoins, si la combinaison d'immersion sèche manque d'étanchéité, il se produit une importante diminution de la valeur clo ou valeur d'isolation. En 1956, Hall et Polte (référence 62) ont été les premiers à démontrer ce phénomène avec un mannequin thermosensible. Pour un homme de taille moyenne jusqu'à 1,8 m, une infiltration d'eau de 1 620 grammes entraînerait une réduction de 50 % de son isolation.

En 1984, ces travaux ont été approfondis par Allan (références 6 et 7) et Allan et coll. en 1985 (référence 8). Ils ont fait la preuve qu'une infiltration aussi petite que 500 grammes d'eau dans une combinaison sèche réduisait l'isolation de 30 %! Ils ont alors prescrit un nouvel essai d'infiltration d'eau de combinaisons d'immersion qui constituait une version modifiée de l'essai initial de 23 minutes décrit par Ernsting en 1966. L'essai initial exigeait que le sujet saute dans une piscine, après quoi il devait nager pendant trois minutes et flotter de manière passive pendant 20 minutes avec un gilet de sauvetage. Après cette période, l'infiltration d'eau ne devait pas dépasser 500 grammes. En 1982, la valeur de l'infiltration admissible était réduite à 200 grammes. La raison évoquée était qu'une infiltration de 500 grammes était probablement acceptable pour survivre une heure à 5 °C, mais pas plus longtemps. Le nouvel essai d'Allan exigeait un saut, suivi de 20 minutes de nage ou de 20 minutes dans une cuve à houle. Le but de l'essai était d'assurer que les fermetures de la combinaison et les joints de poignets et de cou étaient entièrement étanches à l'eau (référence 6). Malheureusement, les fabricants n'avaient pas encore maîtrisé cet élément important et le contrôle de la qualité des combinaisons n'était pas encore assez bon, de sorte qu'elles continuaient d'échouer les essais thermiques.

Pourquoi est-il si difficile de garder les doigts au chaud?

Les raisons pour cela ont été très bien expliquées par Beckman et ses collaborateurs en 1966 (référence 18) dans leur étude sur la perte de chaleur corporelle d'un équipage d'aéronef soumis à une immersion dans l'eau. Le passage ci-dessus est directement tiré de leur article dans la revue Aerospace Medicine d'avril 1966 et résume les travaux préliminaires effectués par Newburgh, Spealman et Van Dilla dans les années 1940 (référence 119).

Les indices d'isolation des matériaux sont normalement décrits en termes d'isolation d'une surface plane. Bien que l'indice d'isolation d'un matériau sur une surface plane soit directement lié à son épaisseur, la relation n'est pas si simple en ce qui concerne des formes comme des cylindres et des sphères. La relation entre l'épaisseur d'un tissu en pouces avec la valeur effective d'isolation en clo est présentée à la figure 10. On constate, à la ligne du bas de ce graphique, que l'épaisseur du tissu isolant entourant une sphère d'un demi-pouce de diamètre est augmentée de manière linéaire, l'indice d'isolation n'a augmenté que légèrement et aucune augmentation significative de l'indice n'est fournie en augmentant l'épaisseur du tissu au-delà d'un pouce. L'effet isolant de l'augmentation de l'épaisseur d'un tissu isolant autour d'un cylindre de un demi pouce de diamètre n'est que légèrement supérieur à celui d'une sphère. La figure illustre pourquoi c'est difficile, sinon impossible, d'assurer une isolation adéquate à d'aussi petits cylindres que les orteils et les doigts. Il est connu depuis longtemps qu'il est quasi impossible d'isoler adéquatement les doigts et les mains avec des gants dans un climat arctique extrêmement froid. Pour cette raison, des moufles plutôt que des gants ont été fournies de sorte que les doigts et les mains peuvent être rassemblés en boule pour améliorer leur rapport surface-masse. Une solution théorique au problème de fournir l'isolation adéquate aux soldats en service dans l'Arctique dans une température aussi basse que -50 °C avec un vent de 30 noeuds a été proposée par van Dilla et ses collaborateurs. Le problème est aussi grand lorsqu'il s'agit d'assurer une isolation thermique adéquate à des personnes immergées dans une eau glaciale.

Figure 10 : Isolation d'un tissu idéal sur une surface plane et sur des cylindres et des sphères.

Figure 10 : Isolation d'un tissu idéal sur une surface plane et sur des cylindres et des sphères.

Plane surface = Surface plane

Cylinder – 12" diameter = Cylindre, 12 po de diamètre

Sphere - 12" diameter = Sphère, 12 po de diamètre

Cylinder - 3" diameter = Cylindre, 3 po de diamètre

Cylinder - 1" diameter = Cylindre, 1 po de diamètre

Cylinder – _" diameter = Cylindre, _ po de diamètre

Sphere – _" diameter = Sphère, _ po de diamètre

Thickness of fabric in inches = Épaisseur du tissu en pouces

(D'après Van Dilla, Day et Siple dans Newburgh - Physiology of Heat Regulation. 1968, Hafner Publishing Co.)

À cause de ces facteurs matériels, il est très difficile d'isoler les doigts. Van Dilla a élaboré un schéma simple (figure 11) pour montrer la taille relative des moufles nécessaires pour isoler les mains dans différentes intensités de travail.

Figure 11 : Taille relative des moufles nécessaires pour différentes périodes d'exposition à –20 °F

Figure 11 : Taille relative des moufles nécessaires pour différentes périodes d'exposition à -20 ºF

Any exposure, at rest = Toute exposition, au repos

6 hour exposure, at rest = 6 heures d'exposition, au repos

Best possible mittens, good for 2-3 hours, at rest = Meilleure grandeur de moufles, exposition de 2 à 3 heures, au repos

Standing exercice, no mitten needed = Exercice debout, aucune moufle nécessaire

(D'après Van Dilla, Day et Siple dans Newburgh - Physiology of Heat Regulation. 1968, Hafner Publishing Co.)

De plus, Burton et Edholm (1955) (référence 32) ont judicieusement fait remarquer que les spécialistes en ventilation savaient depuis longtemps qu'isoler des cylindres de très petit diamètre entraînait en réalité une diminution de l'indice d'isolation (figure 12).

Figure 12 : Isolation thermique locale

Figure 12 : Isolation thermique locale

Insulation in clo units = Isolation en unités clo

Thickness of insulation in inches = Épaisseur d'isolation en pouces

2" 1" 0.5" 0.25" = po 1 po 0,5 po 0,25 po

(D'après Burton, Edholm, Man in a Cold Environment)

Enfin, Hall et ses collaborateurs (1954) (référence 61) avaient déjà remarqué que l'isolation du corps avait très peu d'effet sur le refroidissement des mains même lorsqu'un vêtement avec un indice d'isolation maximal de 4,7 clo était porté. Donc, se recroqueviller n'a aucun effet à moins que la personne n'augmente son niveau de chaleur interne en faisant de l'exercice comme l'illustre magnifiquement la figure 11.

Pourquoi les combinaisons sèches sont-elles aussi inconfortables à porter en permanence?

Chaque jour, même au repos, l'homme perd approximativement 500 à 800 mL de liquide à travers la peau. Ce phénomène se nomme « transpiration imperceptible ». Il n'était pas inconnu des pilotes des avions de surveillance de l'aviation canadienne qui devaient survoler les eaux froides du nord au large de Terre-Neuve au mois de juin et qui devaient vider un litre de transpiration accumulée dans leur combinaison d'immersion à port constant de retour d'une mission garde-pêche de six heures. En conséquence, le Royal Navy Institute of Naval Medicine évalue présentement que le port constant d'une combinaison pendant une exposition de six heures à une température de 20 °C en faisant un exercice léger intermittent, suivi d'une immersion de 30 minutes dans une eau à 4 °C entraîne l'accumulation de plus d'un litre de sueur dans les pieds des combinaisons imperméables, mais les combinaisons perméables à la vapeur demeurent presque sèches à l'intérieur.

À moins d'être bien ventilée par l'ouverture des manchettes, des joints de cou et des pieds pour aider à évacuer cette couche d'humidité chaude proche de la peau, la combinaison sera trop chaude et difficile à porter. Berglund (1966) (référence 23) a examiné le sujet du confort thermique et l'effet du vêtement. Il a remarqué que les humains sont très sensibles à l'humidité de la peau et que leur perception du degré d'humidité entre sec et très mouillé était très proche des résultats obtenus lorsqu'on mesure le degré d'humidité de la peau. On ne sait pas encore très bien comment l'humain perçoit cette humidité de la peau, mais il faut savoir que l'humidité sur la peau supérieure à 30 % augmente la friction entre la peau et les vêtements et contribue à l'inconfort.

Il n'est pas dans l'étendue des travaux du présent rapport d'étudier la physique du vêtement. Pour de plus amples renseignements sur le sujet, on suggère au lecteur de lire l'excellente étude du groupe 7 de l'OTAN, Handbook of Clothing: Biomedical Effects of Military Clothing and Equipment Systems en complétant avec des articles écrits par Goldman, Lotens et Vangaard (référence 117).

Les effets du mouvement des vagues sur l'isolation des combinaisons d'immersion

La plupart des premiers essais effectués sur des combinaisons d'immersion était faits dans des bacs à eau froide où l'eau était légèrement agitée. En effet, la recherche était menée dans des départements de physiologie d'universités qui n'avaient pas accès à des cuves à houle ou à de grandes piscines. Même si on le savait depuis longtemps, c'est probablement Goldman et ses collaborateurs qui, en 1966, ont été les premiers à mentionner et à consigner avec précision qu'il y avait une différence de comportement entre l'isolation de vêtements dans une eau turbulente par rapport à une eau calme. La baisse d'isolation d'une combinaison humide, lorsque mesurée sur un mannequin, était de 0,76 à 0,71 clo (référence 58). Puis, Steinmann et ses collaborateurs (1987) ont démontré que le taux de refroidissement de la température centrale et la baisse de la température de la peau des sujets humains étaient considérablement plus importants en eau houleuse qu'en eau calme. De telles différences ont été observées pour des combinaisons humides à ajustement lâche et non pour des combinaisons humides ou sèches à ajustement serré (référence 141).

Plus tard, en 1991, Romet et ses collaborateurs (référence 134) ont corroboré l'étude de Steinmann en rapportant une réduction significative de l'isolation de la combinaison d'immersion humide dans de l'eau turbulente par rapport à l'eau calme de 29,7 % en moyenne lorsque mesurée sur des humains. En 1994, Sowood et coll. (référence 137) ont signalé une réduction de 30 % de l'isolation d'une combinaison sèche lorsque mesurée sur un mannequin placé dans l'eau avec des vagues de 60 cm par rapport à une eau calme.

Et puis, en 1995, Ducharme et Brooks (référence 42) ont examiné l'effet de vagues de 70 cm de hauteur sur l'isolation d'une combinaison sèche portée par un sujet. Ils en ont conclu que la perte d'isolation allait de 14 à 17 % sur des sujets et qu'elle était de 36 % sur des mannequins. Ils recommandaient que les modèles mathématiques futurs reconnaissent ce fait, que la conception des mannequins thermosensibles soit faite pour se rapprocher le plus possible de la position de flottaison d'un humain dans l'eau et que des études soient entreprises avec des vagues plus hautes. Ces observations ont aussi été faites un peu plus tard, lorsque la marine canadienne a entrepris des essais en mer au large du port de Halifax en 1996. Six sujets ont été immergés dans des eaux de mer à 2,5 °C avec des vagues d'une hauteur de deux mètres. À la fin de l'immersion, les combinaisons sèches avaient une isolation moyenne de 1,24 clo en état d'immersion, ce qui n'était pas très différent des valeurs obtenues avec les mêmes combinaisons dans des vagues de 60 à 70 cm. Donc, pour le moment, jusqu'à ce que quelqu'un mène des expériences avec des hauteurs de vague supérieures, l'hypothèse est que la perte d'isolation d'une combinaison se stabilise à 15 % à une hauteur de vague d'environ un mètre (référence 30).

Quel est le degré de flottaison admissible pour une combinaison destinée à l'équipage ou aux passagers d'hélicoptères?

Ce qui est particulier à l'équipage et aux passagers d'un hélicoptère qui survole l'eau est la possibilité d'un amerrissage forcé et d'un retournement rapide de l'aéronef. Les combinaisons d'immersion actuelles ont recours à des coussinets d'air emprisonnés entre les couches du vêtement pour assurer l'isolation thermique. Cette méthode d'isolation rend la combinaison très flottante. Par ailleurs, si la combinaison est trop flottante, il devient impossible de s'échapper d'un hélicoptère qui s'est abîmé en mer et retourné et qui rempli d'eau.

Le problème a été étudié par Brooks et Provencher au cours de trois expériences menées à l'IMED en 1984 (référence 27). La première expérience visait à déterminer comment mesurer l'insubmersibilité d'une combinaison d'immersion lorsqu'elle était inversée sous l'eau. Cela a mené à l'invention d'une chaise de pesage sous-marine spécialement à cette fin. C'est maintenant un appareillage courant utilisé pour les essais de la norme de l'Office des normes générales du Canada de 1999 relative aux combinaisons pour passagers d'hélicoptères (référence 33). La deuxième expérience a été menée dans l'installation de plongée profonde de l'IMED. On y a reconstitué la maquette d'un siège de passager et d'une sortie de secours d'un hélicoptère Sea King inondé. Le but était de déterminer quel degré de flottaison maximale empêcherait une personne assise à l'envers dans un hélicoptère abîmé en mer de détacher la ceinture du siège et de s'extirper par le sas d'urgence. Sept plongeurs-démineurs ont effectué la manoeuvre vêtus d'un T-shirt et d'un pantalon de coton. Après chaque évacuation réussie, on ajoutait un peu plus de flottaison jusqu'à ce que le plongeur ne puisse plus s'échapper et qu'il doive simplement rester dans le siège inversé à respirer dans son détendeur. Les résultats ont montré qu'une très vaste gamme de flottabilités posait des problèmes. L'impossibilité à évacuer se produisait entre 36 et 57 livres de flottabilité ajoutée. On a établi que le plongeur le plus costaud et le plus fort ayant les bras les plus longs était physiquement écrasé contre le siège avec 57 livres de flottabilité. Cette valeur a donc constitué la limite admissible supérieure absolue de flottabilité.

La troisième expérience a été faite dans une piscine ouverte avec les mêmes plongeurs (comme contrôles) et aussi avec des personnes qui n'étaient pas plongeurs. Le but était d'étudier l'effet d'un petit peu plus d'espace pour manoeuvrer que celui que procure une chambre de plongée et aussi, de voir s'il y avait une différence avec des sujets qui n'étaient pas plongeurs, des deux sexes, de stature plus petite, dotés d'une force moins grande du haut du corps et d'une portée des bras plus courte. Les plongeurs ont réussi l'expérience un peu mieux, les niveaux de flottabilité ajoutés auxquels se produisait une incapacité étaient de 39 à 60 lb. Cependant, les personnes ordinaires étaient beaucoup plus gênées par une flottabilité ajoutée et l'incapacité survenait entre 19 et 40 lb. La principale différence étant le niveau de confort sous l'eau, la hauteur, la portée, la force du torse et une portée des bras plus courte. La limite initiale de 20 lb a été établie pour la flottabilité inhérente, mais avec cette limite, les exigences thermiques de la combinaison ne pourraient pas être satisfaites. Des essais ont alors été faits dans un simulateur sous-marin d'évacuation d'hélicoptère dans les laboratoires de Survival Systems Limited en utilisant la combinaison prototype fabriquée conformément aux exigences de la nouvelle norme de l'ONGC. Tous les étudiants ont réussi l'évacuation sans problème avec une flottabilité inhérente de 35 lb. Pour aider les fabricants à respecter l'exigence thermique, la norme initiale de 35 lb (150 N) a finalement été fixée à 42 lb (175 N). Voilà un bon exemple montrant que les personnes engagées dans l'élaboration de normes peuvent réussir à régler un problème pratique.

Angle de flottaison

Comme il a été mentionné précédemment, l'angle de flottaison idéal pour le corps est de 45º par rapport aux vagues venant en sens inverse. Cependant, la flottabilité ajoutée aux combinaisons pour protéger les personnes contre l'hypothermie empêche d'atteindre cette position. La majorité des gens adoptent une position horizontale dans l'eau (figures 13 et 14). Ce problème a certainement été connu depuis la Seconde Guerre mondiale, Smith (référence 136) y faisait allusion, mais il n'a pas été officiellement reconnu jusqu'à la présentation faite par McDonald au Robert Gordon Institute (RGIT) en 1983 : « La flottabilité totale d'un très gros pourcentage de combinaisons thermiques de protection annule la capacité de redressement automatique des gilets de sauvetage approuvés. Les combinaisons conçues avec une flottabilité inhérente ne montrent pas non plus de potentiel de redressement automatique, en fait la plupart d'entre elles sont aussi stables lorsque la personne a le visage vers le bas ou vers le haut. » Par conséquent, ce ne sera qu'en modifiant la conception de base par l'intégration de l'ensemble du système que l'on pourra améliorer l'angle de flottaison pour la prochaine génération de combinaisons.

Figure 13 : Le problème de l'angle de flottaison incorrect lorsqu'une personne porte une combinaison d'immersion était connu au moins depuis les essais effectués à l'Institution of Aviation Medicine de la Royal Canadian Air Force, à Toronto en 1944.

Figure 13 : Le problème de l'angle de flottaison incorrect lorsqu'une personne porte une combinaison d'immersion était connu au moins depuis les essais effectués à l'Institution of Aviation Medicine de la Royal Canadian Air Force, à Toronto en 1944.

Figure 14 : Groupe de sujets dans le fjord Bergen (1986) ayant terminé d'évacuer un hélicoptère à la nage et sur le point de monter à bord d'un radeau de sauvetage. Remarquer leur position de flottaison dans l'eau.

Figure 14 : Groupe de sujets dans le fjord Bergen (1986) ayant terminé d'évacuer un hélicoptère à la nage et sur le point de monter à bord d'un radeau de sauvetage. Remarquer leur position de flottaison dans l'eau.

Mesure de l'isolation des vêtements

La mesure de l'isolation conçue par Gagge et ses collaborateurs en 1941 (référence 47) est la valeur clo. Cette valeur peut être mesurée à l'aide de sujets et de mannequins thermosensibles.

En gros, la chaleur (H) circule d'un point où la température est élevée (T1) à un point où la température est basse (T2) conformément à la formule suivante

H = k (T1–T2)

où k est une constante appelée conductance qui représente la facilité avec laquelle la chaleur circule. La réciproque de la conductance (1/k) représente ainsi la résistance thermique au flux de chaleur ou isolation (I) d'un matériau. L'isolation peut donc être évaluée à l'aide de la formule :

I = (T1–T2)/H

Si T1 représente la température de la peau par rapport à la surface et que T2 = la température de la surface par rapport à l'eau et H la chaleur perdue à travers les vêtements, l'isolation du vêtement peut être calculée.

Avec un mannequin, H est représentée par l'électricité nécessaire pour faire fonctionner le mannequin. Lorsqu'il s'agit d'un humain, la production de chaleur par le métabolisme moins la chaleur perdue pendant la respiration est présumée représenter la déperdition de la chaleur lorsque la température du corps ne change pas (c.-à-d. dans un état stable) (Tipton et Balmi, 1996) (référence 159). Si la température du corps est en train de baisser, il faut tenir compte de cette perte de chaleur additionnelle. Par ailleurs, des capteurs qui mesurent le flux thermique peuvent être placés à la surface du corps, sous une combinaison, pour mesurer la chaleur qui s'échappe du corps dans l'eau à travers les vêtements (Bell et coll., 1985) (référence 21).

Il y a des avantages et des désavantages liés à l'utilisation d'êtres humains et de mannequins. Par exemple, se servir de sujets humains entraîne des responsabilités médicales et éthiques. Le fait de ne pas estimer ou mesurer précisément la température moyenne de la peau, la production de chaleur et le flux thermique peut entraîner des erreurs, de même que l'estimation des variations de la chaleur stockée par une personne au moment où se produit une baisse de la température centrale du corps. Par ailleurs, les essais faits avec des êtres humains sont plus représentatifs en ce qui concerne la position dans l'eau et le confort de la combinaison. Il est subjectivement et objectivement plus facile de repérer des variations locales de la perte de chaleur et d'isolation (« c'est plus froid ici »). En outre, comme un état stable n'est pas nécessaire, les chutes de température corporelle peuvent être prises en compte, la technique du flux thermique est rapide et peut être utilisée pour mesurer l'effet du mouvement, comme la nage, chez l'être humain. La technique utilisant des êtres humains permet également de mesurer la température corporelle centrale et, par conséquent, l'isolation qui est directement liée à cette variable.

Les avantages de l'utilisation de mannequins sont d'éviter les aspects médicaux et éthiques associés aux essais faits avec les êtres humains, de faciliter la logistique et de permettre une meilleure reproductibilité. Les autres avantages sont :

  1. un mannequin peut être immergé un nombre illimité de fois dans l'eau;
  2. les essais avec les mannequins permettent de réaliser une isolation segmentaire précise conformément à des principes techniques stricts;
  3. il n'y a aucune limite à la température de l'eau;
  4. l'angle du mannequin dans l'eau est constant ainsi que la valeur clo pour chaque combinaison et il est possible de faire des essais comparatifs entre différentes conceptions de combinaisons;
  5. les combinaisons peuvent être mises à l'essai dans des conditions2 plus difficiles que celles de la mer de Beaufort 3 ;
  6. les coûts des essais pour chaque combinaison sont relativement bas;
  7. des améliorations subtiles de la conception d'une combinaison pour améliorer la valeur clo peuvent être observées sur le mannequin et l'on peut faire de nombreux tests convergents. Ces améliorations ne peuvent être observées qu'avec de petits groupes d'êtres humains qui ont des réactions physiologiques différentes aux mêmes conditions;
  8. tous les essais thermiques en ambiance froide peuvent être menés sur le mannequin, même si les essais de résistance aux fuites et les essais ergonomiques peuvent toujours être faits avec des êtres humains dans de l'eau tiède.

Parmi les inconvénients de cette méthode, il y a l'erreur que de nombreuses personnes font de penser que les mannequins réagissent comme des humains, alors que ce n'est pas le cas (aucune vasoconstriction et la production, la diffusion et, par conséquent, la distribution de la chaleur dans les différentes parties du corps sont différentes). Les résultats obtenus avec des mannequins peuvent donc être mal interprétés. Une autre faiblesse de cette technique est que pour faire un lien entre l'isolation mesurée sur un mannequin et les changements dans la température corporelle centrale, il faut utiliser un modèle mathématique avec toutes les hypothèses et les limites que cela sous-entend. Il faut effectuer d'autres études pour valider ces hypothèses.

Même si nous avons fait de grands progrès dans l'état de nos connaissances, les trois désavantages des essais avec mannequins sont surtout liés au fait qu'un mannequin n'est pas articulé comme un être humain et que, par conséquent, il ne peut se comporter de la même façon dans les vagues. Le mannequin ne respire pas ni n'a besoin de garder hors de l'eau ses cavités oro-nasales. De plus le phénomène de la vasoconstriction est inexistant chez le mannequin. Si les deux premières constatations sont examinées plus à fond, on constate qu'un être humain dans une posture souple à la surface de l'eau aura tendance à conserver une plus grande partie de sa poitrine hors de l'eau par unité de temps que le mannequin. Cela se traduit par une compression hydrostatique moindre, surtout sur le devant de la combinaison et, à un plus faible degré, sur l'arrière de la combinaison. Il faut en conclure que les résultats obtenus avec les mannequins seront plus pessimistes que ceux réalisés avec des êtres humains. Ce n'est pas particulièrement mauvais, car cela signifie que les erreurs qui se produisent dans les résultats obtenus avec les mannequins seraient plutôt conservatrices, par contre, l'aspect négatif est qu'une combinaison fondamentalement bonne et conforme aux exigences de protection thermique pourrait être rejetée lors des essais de conformité à une norme. Romet et coll. (1991) (référence 134) ont tiré les conclusions qu'il n'y avait aucune différence significative entre la valeur clo de combinaisons mesurée sur des êtres humains ou sur des mannequins lorsque les essais étaient effectués dans une eau froide remuée, par contre avec des vagues, les écarts étaient considérables.

Cette situation a été reconnue par Allan (1985) (référence 5) lorsqu'il a le premier persuadé l'organisme de réglementation britannique d'accepter les essais sur mannequins pour remplacer les essais sur sujets humains. Il a rencontré de la résistance de la part de la vieille garde qui ne voulait pas renoncer à voir six sujets assis dans une eau à 2 °C pendant six heures. Il a fait valoir assez justement que les résultats des essais sur mannequins seraient, en réalité, plus sévères que ceux faits avec les humains et que l'erreur serait plutôt conservatrice. En d'autres mots, si la combinaison réussissait l'essai sur mannequin, elle réussirait certainement l'essai avec le sujet le plus mince.

Il n'y a aucun doute que c'était une très bonne décision d'introduire les essais sur des mannequins dans les normes canadiennes visant les combinaisons d'immersion. Grâce à cela, la deuxième génération de combinaisons est beaucoup mieux conçue et fabriquée que la première génération et lorsqu'elle est bien entretenue, elle est parfaitement étanche. Cependant, lorsqu'on a introduit les essais sur les mannequins, on s'attendait à recevoir le financement nécessaire pour continuer l'étude du lien thermique entre le mannequin et l'être humain, malheureusement cela n'a pas été le cas. Actuellement, on additionne la valeur en clo pour donner une moyenne générale et c'est cette moyenne qui est utilisée dans les diverses normes et spécifications partout dans le monde. Cependant, l'utilisation d'une valeur moyenne exclut les données segmentaires et peut être trompeuse. La possibilité de faire une erreur survient lorsque les résultats obtenus sur un mannequin pour la valeur moyenne d'isolation externe globale sont utilisés pour prendre des décisions quant à la pertinence des combinaisons d'immersion destinées aux êtres humains. Avec les mannequins, les valeurs moyennes élevées d'isolation peuvent être obtenues plus facilement en veillant à ce qu'une combinaison d'immersion procure un degré d'isolation au moins aussi grand et, de préférence, supérieur sur les membres plutôt que sur le torse. Cependant, comme nous l'avons mentionné plus tôt, en cas d'immersion en eau froide, le phénomène de la vasoconstriction, chez l'être humain, réduit la perte de chaleur aux extrémités et la déperdition de chaleur se fait surtout par conduction au niveau du torse. Par conséquent, il arrive que des combinaisons soient approuvées à la suite d'essais thermiques sur des mannequins thermosensibles qui ne sont pas nécessairement conçus en fonction des caractéristiques de survie des hommes, comme la nécessité de concentrer l'isolation sur le torse. Ce problème pourrait être facilement réglé en établissant différents critères de réussite des essais d'isolation du torse (plus haut) comparativement aux membres (plus bas) (Tipton et Balmi, 1996) (référence 159).

En réaction aux problèmes qui ont été constatés avec l'utilisation de mannequins, certains organismes (p. ex. CEN, ISO) ont recommandé d'effectuer des essais en eau froide avec des sujets. Au lieu de mesurer l'isolation, on mesure la température corporelle centrale et, pour être acceptée dans sa catégorie, une combinaison doit empêcher une certaine baisse de température corporelle centrale en une période de temps donnée. Même si cette démarche est attrayante parce qu'elle exige de mesurer directement l'influence d'une combinaison sur des variables clés comme la température corporelle centrale, elle comporte également certains inconvénients, entre autres :

  1. il est souvent difficile de faire asseoir des sujets dans une eau à 2 °C pendant six heures. Donc, le nombre de sujets à qui s'appliquent ces statistiques peut être très petit. C'est l'une des raisons pour lesquelles toutes les expériences jusqu'à maintenant ont été effectuées avec un petit nombre de sujets;
  2. les sujets ne se comportent pas tous de la même manière en eau froide, en effet, certaines personnes se refroidissent plus vite que d'autres. Donc, en choisissant des sujets qui se refroidissent lentement, on fait en sorte que la combinaison soit acceptée lors des essais, alors que le fait de choisir des sujets qui se refroidissent rapidement entraîne le rejet de la combinaison;
  3. il est important de ne pas choisir des sujets qui sont acclimatés au froid;
  4. l'utilisation de sujets est très coûteuse en raison des exigences liées à l'éthique, aux services de médecins sur place, etc.;
  5. pour évaluer les combinaisons qui pourraient échouer les essais, il est possible qu'on provoque des lésions dues au froid sans congélation des tissus chez les sujets, donc, en ce qui concerne les aspects éthiques et moraux, les comités d'éthique sont de moins en moins favorables à ce genre d'expériences dans le simple but de contrôler la conformité des combinaisons aux normes. Par ailleurs, si le sujet subit une chute de température périphérique, il faudra le retirer de l'eau pour des raisons médicales et éthiques avant la fin de l'essai;
  6. l'angle de flottaison pour les essais n'est pas uniforme. Le fabricant des combinaisons peut ajouter un gilet de sauvetage haut de type Newton (qui pourrait ne jamais avoir été porté avec la combinaison) pour obtenir une meilleure valeur de franc bord et ainsi diminuer les risques de perdre l'étanchéité du joint de cou et pour diminuer la compression hydrostatique à l'arrière de la combinaison. Cela permettrait d'obtenir de meilleurs résultats en matière d'isolation globale;
  7. les combinaisons ne peuvent être testées que dans des eaux calmes et un peu agitées ou dans une piscine dotée d'un générateur à houle. Faire des essais en haute mer dans des conditions où la mer serait plus forte que Beaufort 3 n'est pas seulement hors prix, mais cela ne serait probablement pas accepté par un comité d'éthique.

En conclusion, il n'existe pas de façon parfaite pour prédire la performance d'une combinaison en mer, pendant un accident réel. Cependant, on peut comparer la performance de différentes combinaisons dans un milieu habituel de plusieurs façons. Parmi ces méthodes, les essais avec des mannequins sont les plus faciles et les plus reproductibles. Il y a toutefois un danger d'appliquer les données d'essais faits avec des mannequins aux humains, mais ce danger diminue lorsque les caractéristiques des essais sont définies avec un degré de précision supérieur (Sowood et coll., 1994) (référence 137).

Résumé du chapitre 3

Ce chapitre analyse les principaux problèmes matériels de la conception et des essais des combinaisons d'immersion.

  • Une infiltration d'eau aussi petite qu'un demi litre d'eau dans une combinaison diminue ses propriétés isolantes (valeur en clo en état d'immersion) de 30 %. C'est pourquoi une combinaison sèche est nécessaire pour protéger une personne des effets à long terme de l'hypothermie.
  • La valeur isolante d'un tissu sur une surface plane est directement proportionnelle à son épaisseur. En pratique, cela signifie que l'on obtient environ 4 clo d'isolation par pouce d'épaisseur de vêtement. En augmentant l'épaisseur au-delà de cette valeur, on limite énormément la mobilité d'une personne. Cependant, la valeur isolante d'un tissu recouvrant un cylindre, p. ex. les doigts et les orteils, n'augmente pas linéairement avec l'ajout d'épaisseur. Aucune amélioration significative de la valeur d'isolation se produit lorsqu'on ajoute plus d'un pouce d'épaisseur. C'est pourquoi il est tellement difficile de protéger les mains et les pieds.
  • Les êtres humains produisent (même au repos) environ 500 à 800 mL de transpiration imperceptible toutes les 24 heures. Ainsi, s'il faut porter une combinaison imperméable, il doit y avoir une méthode pour extraire la sueur de la surface de la peau. C'est cette humidité sur la peau qui rend la combinaison chaude et inconfortable.
  • Les premières mesures de la valeur clo ont été effectuées dans des piscines où l'eau était agitée. Des travaux plus récents ont montré que, en mer, la valeur d'isolation est réduite de 15 % comparativement à l'eau d'une piscine.
  • La flottabilité totale d'un très grand pourcentage des combinaisons d'immersion annule la capacité de redressement automatique des gilets de sauvetage approuvés.
  • Il faut faire très attention à la conception de combinaisons d'immersion destinées à des passagers d'hélicoptère pour veiller à ce que la flottabilité inhérente ne diminue pas la capacité d'une personne à sortir d'un hélicoptère abîmé en mer et retourné à l'envers qui s'enfonce rapidement.
  • On examine les avantages et les désavantages de l'utilisation des mannequins et des sujets humains pour mesurer le degré d'isolation d'une combinaison et pour réussir ou échouer les essais de conformité d'une combinaison à une norme donnée.


2) Les conditions de mer Beaufort 3 (vitesse des vents : 7 à 10 kt, 8 à 12 m/h, 13 à 19 km/h) Brise légère : les feuilles et les ramilles bougent. Les drapeaux légers battent au vent. De longues vaguelettes, crêtes des vagues miroitantes.

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