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Le chauffage du matériel à voyageurs

P. Frenay, ingénieur en chef.

mercredi 7 juillet 2010, par rixke

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Avant de décrire les équipements utilisés pour assurer le chauffage du matériel à voyageurs, il est utile de préciser le rôle du chauffage et de faire apparaître les difficultés qui surgissent lors de sa réalisation dans le domaine ferroviaire.

Le chauffage du matériel à voyageurs est un problème particulièrement ardu pour deux raisons.

C’est un problème techniquement difficile à résoudre. Des recherches et des essais, pour lesquels de nombreux réseaux ont fini par mettre leurs expériences en commun, ont conduit à des solutions de plus en plus parfaites. On est loin de la bouillotte installée sous les pieds du voyageur ! Mais, si chaque amélioration est momentanément appréciée des usagers, elle sert aussi, très souvent, de tremplin pour de nouvelles exigences, ce qui fait que l’on n’a jamais fini !

L’autre raison serait particulièrement décourageante pour les techniciens si ceux-ci n’avaient, à l’usage, acquis une certaine dose de philosophie. Certain voyageur essuie ostensiblement la sueur qui commence à perler sur son front dès que la température dépasse 18°, tandis que son voisin, d’un air digne et mécontent, remet son pardessus dès que la température descend en dessous de 22°. Cela fait que, pour une même température moyenne de 20°, aucun des deux voyageurs n’est content, l’un parce qu’il a trop chaud et l’autre parce qu’il a trop froid. Ce dernier problème étant insoluble, nous l’abandonnerons à son triste sort pour n’envisager que l’aspect technique de la question.

 La notion de confort thermique.

Pris dans son sens général, le confort dans une voiture dépend de nombreux facteurs tels que les qualités de roulement, le niveau sonore, les dimensions et la forme des sièges, l’éclairage, l’aération et les conditions thermiques. Ce sont uniquement ces conditions thermiques que nous allons envisager et, dans le texte qui suit, le mot confort doit toujours être pris dans le sens restrictif de confort thermique.

Du point de vue thermique, c’est une simplification erronée que de confondre les notions de confort et de température de l’air ambiant.

Une ambiance confortable est une ambiance dans laquelle le corps humain se sent « bien ». Or, le corps humain se sent bien quand il y a équilibre entre la quantité de calories [1] qu’il doit dissiper et celle que l’ambiance peut absorber.

A l’intérieur du corps humain s’effectue une combustion lente des aliments, qui développe de la chaleur. L’activité de cette combustion est variable suivant les individus, leur âge, leur sexe et leur état de repos ou de travail (pour une température extérieure de l’ordre de 20° C, un homme au repos dégage environ 100 kcl/heure, ce qui correspond à une puissance de chauffe de 115 watts ; au cours d’un travail pénible, ce même individu peut dégager environ 330 kcl/heure, ce qui correspond à 380 watts). Or, pour un être bien portant, la température interne doit rester constante au voisinage de 36,5° C. La quantité de chaleur à évacuer est donc susceptible de varier fortement, ce qui requiert la modification des conditions d’ambiance. C’est ainsi qu’une ambiance confortable pour un individu au repos deviendra trop chaude pour le même individu développant une activité physique intense et vice versa.

D’autre part, les possibilités d’absorption de chaleur par l’ambiance sont variables. Le corps humain cède sa chaleur par voie sèche (par convection et rayonnement à travers la peau) et par voie humide (haleine, transpiration). L’ambiance absorbe donc d’autant moins bien la chaleur dissipée par le corps humain qu’elle est chaude et humide. En outre, ces possibilités d’absorption sont conditionnées par l’état de repos ou de mouvement de l’air ; tout le monde sait que, dans un local où tout l’air est à la même température, on peut avoir froid ou chaud suivant que l’on se trouve ou non dans un courant d’air.

Dans une enceinte fermée, la température des parois joue un rôle très important. C’est ainsi que, dans un local refroidi par une absence prolongée de chauffage, on garde une impression d’inconfort, même pour une température élevée de l’air, aussi longtemps que les murs restent froids ; de même, par température extérieure basse, on ressent une impression de froid en s’approchant d’une fenêtre à vitre simple au voisinage de laquelle il n’existe pourtant aucun courant d’air. Ce phénomène provient de ce que le corps humain rayonne de la chaleur vers les masses plus froides que lui.

La situation se résume donc comme suit. D’une part, la chaleur à évacuer du corps humain varie d’un individu à l’autre et, pour un même individu, selon les circonstances. D’autre part, les possibilités d’absorption calorifique de l’ambiance varient avec sa température, son degré d’humidité, l’état de repos ou de mouvement de l’air et la température des parois.

La photo de ce sportif célèbre prise dans une de nos voitures confortables donne un bel exemple de réussite thermique : quel équilibre entre la chaleur irradiant de sa personne et la quantité de chaleur que peut accueillir cette belle ambiance qui l’entoure !

Le corps humain dispose d’un système de régulation chimique et physique qui tend à régler les échanges de chaleur, compte tenu des éléments précédents, de façon à se maintenir dans des conditions normales. Mais, outre que ce système de régulation présente des limites de fonctionnement, son action, quand elle est trop marquée, se traduit désagréablement par des impressions de froid ou de chaud, par le hérissement pileux (« chair de poule ») ou par la transpiration. Ce sont ces manifestations désagréables qui constituent l’inconfort. Ajoutons que, si l’ambiance est à la fois chaude et humide, les échanges de chaleur se trouvent réduits aussi bien par voie sèche que par voie humide ; on a alors affaire à la « chaleur étouffante », qui diminue les possibilités physiques de l’individu et peut conduire à la syncope.

Une ambiance sera donc confortable pour un individu donné se trouvant dans des circonstances données quand il y aura équilibre entre la quantité de chaleur à évacuer de son corps et la quantité de chaleur absorbable par l’ambiance, sans que le système de régulation du corps n’entre en jeu de façon sensible.

 Réalisation du confort thermique.

Il existe un moyen simple de protéger le corps vis-à-vis de l’ambiance extérieure : c’est le vêtement. Mais l’action de celui-ci n’est valable que vis-à-vis d’une ambiance trop froide, et son efficacité est limitée, ne fût-ce que par le fait qu’il ne s’adapte pas automatiquement aux différentes conditions dans lesquelles l’individu peut se trouver successivement [2].

Le confort ne peut donc être obtenu que par une adaptation de l’ambiance, en donnant des valeurs correctes aux différents éléments qui la conditionnent, c’est-à-dire la température de l’air, la température des parois, l’humidité de l’air et sa vitesse de déplacement.


Source : Le Rail n° 112, décembre 1965


[1Une grande calorie ou kilocalorie (kcl) est la quantité de chaleur nécessaire pour élever de 1° centigrade la température de 1 kg d’eau à la température de 15° centigrades et sous la pression de 760 mm de mercure.

[2Notons que le vêtement offre un autre avantage. En raison de son inertie thermique, il ralentit l’effet sur le corps d’un changement d’ambiance, permet une mise en jeu progressive de la régulation et évite le « coup de froid ».