La bioclimatique - Notions de confort thermique

Le bien-être physique repose sur un ensemble de facteurs psychologiques et sensoriels.
Au-delà du bon sens, d'innombrables théories en architecture, dont celles se réclamant de la discipline du feng-shui, peuvent aider à analyser les relations entre notre environnement et notre humeur.
Les ambiances lumineuses, les couleurs, les sons, les odeurs jouent sur notre état d'esprit et participent à notre bien-être.
Le confort thermique proprement dit dépend des échanges calorifiques entre notre corps et notre environnement (sans mentionner les calories provenant de notre nourriture).
Ces échanges prennent quatre formes différentes :

La conduction
C'est le contact avec un élément solide ou liquide qui provoque le transfert de chaleur.

Nos contacts corporels avec notre habitat se limitent principalement aux sols sur lesquels nous marchons... et où rampe notre jeune progéniture : le carrelage froid le matin au réveil nous est à tous bien désagréable !
La convection
Le frottement de l'air sur la peau provoque un échange de calories.

Cet échange est d'autant plus important que la vitesse de l'air est importante et que la différence de température entre l'air ambiant et notre peau (environ 30 à 33°C) est importante.

La température de l'air est le premier paramètre sur lequel nous jouons pour assurer notre confort.
La difficulté de maintenir cette température dans une plage définie tient notamment aux mouvements naturels de l'air (l'air chaud monte) et aux courants d'air mal maîtrisés, particulièrement désagréables.

En outre, la pression atmosphérique (donc l'altitude et la météo) et la quantité d'eau dans l'air modifient les capacités d'échanges thermiques de l'air : un air plus dense et plus humide présentera une capacité calorifique plus élevée, c'est-à-dire une plus grande capacité à absorber et à stocker la chaleur.
A titre d'exemple caricatural, il sera moins insupportable de sortir nu à -2°C et à 2000m d'altitude où l'air est sec et léger qu'à 6°C au bord de la mer par temps de brouillard (pas trop longtemps quand-même si vous faites l'essai !)...
Le rayonnement infra-rouge
Le passage de l'ombre à la lumière du soleil provoque instantanément une sensation de chaleur. Et ce, même dans un espace ouvert où l'air circule librement et où sa température est donc identique d'un côté comme de l'autre.

C'est le rayonnement du soleil qui provoque un échauffement ds matériaux qu'il rencontre.

Invisible à l'œil, ce rayonnement est émis par tous les corps en fonction de leur température superficielle. Le rayonnement d'un corps chaud sera absorbé à distance par un corps froid, incapable de refléter ce rayonnement.

Notre propre corps émet ainsi un rayonnement, que toute surface "froide" absorbera à distance. Il s'agit du phénomène de paroi froide que nous observons tous en hiver en passant devant une fenêtre mal isolée.
Inversement une paroi chaude nous procurera à distance, comme le radiateur dit "panneau rayonnant", une sensation de chaleur semblable à celle du soleil.
L'observation a montré que la température ressentie dans une pièce fermée correspond à la moyenne entre la température de l'air et celle des parois.

Ainsi une pièce dont les murs sont à 15°C et l'air chauffé à 21°C provoquera à peu près la même sensation qu'une pièce avec des murs et un air à 18°C.

On comprend donc que le choix du mode de chauffage et des matériaux, en fonction de leur capacité à changer de température superficiellement et à stocker la chaleur (capacité thermique, effusivité etc.), permettent à eux seuls d'obtenir un meilleur niveau de confort à moindre dépense énergétique.

C'est ainsi que les planchers chauffants basse température (c'est-à-dire tièdes pour simplifier) ont acquis leur réputation de confort.
L'évaporation / condensation de l'eau

L'eau consomme de la chaleur en s'évaporant et en dégage en se condensant.

Ce constat, extensible à tous les changements de phase des matériaux, est à la base de la thermodynamique utilisée dans nos réfrigérateurs comme dans nos climatiseurs et pompes à chaleur.

C'est en outre un phénomène utilisé naturellement par notre propre corps par respiration et transpiration. En période chaude l'eau dégagée par sudation s'évapore en avalant des calories et procure ainsi un rafraîchissement superficiel.

Par ailleurs, la capacité de l'air à absorber de la vapeur d'eau dépend de sa température : à 10°C, l'air ne peut contenir plus de 8 grammes d'eau par m³ environ, à 20°C, plus de 14 grammes ! A plus de 90% d'humidité relative, l'évaporation de l'eau à température ambiante est quasiment impossible.

Il en résulte que notre confort dépend également du taux d'humidité de l'air ambiant : trop sec, le dessèchement des muqueuses est désagréable, trop humide la sudation ne s'évapore plus et provoque au mieux un sentiment d'atmosphère poisseuse, au pire par temps chaud un coup de chaleur si le corps ne se refroidit pas suffisamment.
A titre d'exemple, nous supportons bien une température de plus de 100°C dans un sauna (air sec) mais pas plus de 60°C dans un hammam (air saturé de vapeur d'eau).