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Des enfants en camping

Des enfants en camping (PeopleImages, iStockphoto)

Les STIM en contexte

Comment fonctionnent les sacs de couchage?

Aisha Mohamed et Parlons sciences
Format
Lisibilité
6.77

Résumé

Comment notre corps se refroidit-il? Comment les sacs de couchage nous tiennent-ils au chaud?

As-tu déjà été camper? As-tu déjà essayé de te tenir au chaud durant l’hiver? Si tu as répondu « oui » à l’une ou l’autre de ces questions, tu t’es probablement déjà servi d’un sac de couchage ou d’un manteau! Voyons d’abord comment notre corps peut se refroidir. Nous déterminerons ensuite comment les sacs de couchage et les manteaux font pour nous protéger du froid.

Quelle est la température idéale de notre corps?

À mesure que nos cellules brûlent de l’énergie, notre corps produit de la chaleur. Notre sang transporte ensuite cette chaleur afin que toutes nos parties restent à l’intérieur d’une plage de température optimale. Cette plage se situe normalement entre 36,1 et 37,2 °C (97 et 99 °F). Pour que notre corps fonctionne comme il faut, sa température doit demeurer à l’intérieur de ces seuils. Ce processus s’appelle la thermorégulation.

Comment notre corps perd-il de la chaleur?

Qu’est-ce qui fait que nous ayons froid? Nous ressentons du froid quand la température de notre peau est plus élevée que celle qui nous entoure. Dans de tels cas, notre corps peut commencer à perdre de la chaleur. 

Les transferts de chaleur peuvent se produire de trois façons :

  1. par rayonnement thermique;
  2. par conduction;
  3. par convection.

Le rayonnement thermique est un transfert d’énergie par l’intermédiaire d’ondes électromagnétiques. De nombreux objets peuvent transférer de la chaleur par rayonnement thermique. Voici quelques exemples :

  1. un feu de camp;
  2. un élément de cuisinière; 
  3. le Soleil. 
     
Image thermique d’une femme sur un canapé. Les parties blanches sont les plus chaudes, et les parties noires, les plus froides. On remarque de la chaleur qui irradie du corps au canapé.
Image thermique d’une femme sur un canapé. Les parties blanches sont les plus chaudes, et les parties noires, les plus froides. On remarque de la chaleur qui irradie du corps au canapé. (Source : vansmuk via iStockphoto).

De la conduction se produit quand un solide entre en contact avec un autre. L’énergie thermique voyage toujours des objets les plus chauds aux objets les plus froids. Cela s’explique par le fait que les molécules des objets plus chauds vibrent plus rapidement. Quand elles touchent un objet plus froid, ces molécules transfèrent leur énergie aux siennes, qui se mettent elles aussi à vibrer rapidement, faisant en sorte que l’objet froid se réchauffe. T’es-tu déjà assis sur un fauteuil froid? As-tu remarqué que le siège était bien plus chaud quand tu as décidé de te lever? C’est parce que la chaleur de ta peau a été transférée au fauteuil par des molécules en vibration.

La convection définit le mouvement de molécules au sein d’un fluide causé par un transfert de chaleur. Cela se produit quand des molécules liquides ou gazeuses se distancent les unes des autres. Quand de l’air ou de l’eau à température plus élevée s’écarte d’une source de chaleur, ils transportent de l’énergie avec eux. Par exemple, si tu fais chauffer de l’eau dans une casserole ou une bouilloire, l’eau chaude montera. De la même façon, si ta peau est chaude, l’air qui t’entoure s’éloignera de toi.  

transferts de chaleur
L’eau qui chauffe dans une bouilloire constitue un bon exemple des processus de transfert thermique que sont la conduction, la convection et le rayonnement (Parlons sciences, fondé sur une image de inkoly tirée via iStockphoto).

Comment pouvons-nous garder notre corps au chaud?

Comment pourrions-nous protéger notre corps de la perte de chaleur dans des endroits où il fait froid? Nous pourrions notamment nous envelopper d’un matériau isolant. Les matériaux isolants emprisonnent une couche d’air chaud autour de notre corps. Notre peau restant à une température presque normale, nous perdons moins de chaleur.  

Les sacs de couchage et les manteaux sont tous protégés contre les influences thermiques. Ils contiennent des matériaux qui ont des propriétés isolantes. Dans les sacs de couchage, on emploie surtout du duvet et des isolants synthétiques.

Coupe transversale d’un sac de couchage
Coupe transversale d’un sac de couchage montrant le duvet et l’air qu’il contient (© 2019 Parlons sciences).

Qu’est-ce que le duvet?

Le duvet se compose de petites plumes d’oiseau duveteuses (tu remarqueras que la racine de cet adjectif vient justement de ce mot). Celui dont on se sert dans les sacs de couchage vient normalement de canards ou d’oies. Le duvet protège des pertes de chaleur en emprisonnant de l’air chaud entre ses fibres délicates.

 

Le savais-tu? 

Les femelles d’oiseaux comme le canard et l’oie garnissent leur nid de duvet qu’elles arrachent elles-mêmes de leur poitrine.

Gros plan d’une plume de duvet
Gros plan d’une plume de duvet (Source : Yoky [CC BY-SA 4.0] tiré de Wikimedia Commons).

Les isolants en duvet ont l’avantage d’être très chauds. Poids pour poids, ils protègent mieux du froid que les isolants synthétiques. On peut aussi en compacter beaucoup sans trop alourdir les manteaux et les sacs de couchage. Ces derniers peuvent être tout aussi chauds s’ils sont remplis de fibres synthétiques, mais ils vont être beaucoup plus lourds! De plus, si on prend bien soin du duvet, il peut durer très longtemps. 

Mais le duvet a aussi ses inconvénients. D’abord, il est cher. Ensuite, il perd ses propriétés thermiques quand il est mouillé. Il prend également beaucoup de temps à sécher, ce qui peut entraîner des problèmes quand on est en camping! Quand le duvet est mouillé, les plumes s’agglutinent. De cette façon, elles ne peuvent plus emprisonner l’air chaud entre leurs fibres.

Les isolants en duvet ont aussi leurs détracteurs sur le plan éthique; les plumes proviennent en effet directement des animaux. Or, certains s’inquiètent des conditions de vie de ces animaux. 

Les manteaux de duvet sont de plus très coûteux. Beaucoup de gens ne peuvent tout simplement pas se les permettre. 

Le savais-tu? 

Au Royaume-Uni, une école a interdit le port de manteaux Canada Goose. Ces manteaux étant dispendieux, la direction de l’école se souciait du fait qu’ils puissent faire ressortir les différences économiques entre élèves.

Qu’est-ce que l’isolant synthétique?

L’isolant synthétique est fait de fibres de polyester traitées de manière à simuler le duvet. Ces fibres sont beaucoup plus économiques que ce dernier. Cet isolant peut offrir une protection même quand il est mouillé, ce qui peut être très utile dans les contrées plus froides et humides. Cela est dû au fait que les fibres synthétiques ne s’agglutinent pas comme le duvet dans de telles conditions.

Mais l’isolant synthétique présente aussi certains inconvénients. Il ne dure pas aussi longtemps; il finit par se détériorer, quels que soient les soins qu’on lui apporte.  

Le savais-tu? 

En moyenne, un sac de couchage en duvet durera environ 10 ans, alors qu’un modèle à isolant synthétique aura perdu ses propriétés après environ 3 ans.

L’astronaute Samantha Cristoforetti, de l’Agence spatiale européenne, photographiée à l’intérieur d’un sac de couchage dans son espace personnel à bord de la Station spatiale internationale
L’astronaute Samantha Cristoforetti, de l’Agence spatiale européenne, photographiée à l’intérieur d’un sac de couchage dans son espace personnel à bord de la Station spatiale internationale (Source : NASA, tiré de Wikimedia Commons ).

Comme tu peux le voir, il y a plusieurs choses à considérer quand on s’achète un nouveau manteau ou sac de couchage!

Points de départ

Connecter et Relier
  • As-tu un sac de couchage? Quel type d’isolant contient-il? 
  • Est-ce qu’un membre de ta famille possède un sac de couchage, une couette ou un manteau contenant du duvet? Quelles qualités lui plaisent le plus? Lui trouve-t-il ou elle des défauts? 
  • Est-ce que le fait qu’un isolant soit naturel ou artificiel te dérange? Pourquoi, ou pourquoi pas? 
Connecter et Relier
  • As-tu un sac de couchage? Quel type d’isolant contient-il? 
  • Est-ce qu’un membre de ta famille possède un sac de couchage, une couette ou un manteau contenant du duvet? Quelles qualités lui plaisent le plus? Lui trouve-t-il ou elle des défauts? 
  • Est-ce que le fait qu’un isolant soit naturel ou artificiel te dérange? Pourquoi, ou pourquoi pas? 
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Pourquoi la fabrication des sacs de couchage faits de fibres synthétiques est-elle moins coûteuse que celle des modèles en duvet? 
  • Autrefois, les couettes devaient toujours être faites d’un isolant de plumes ou de duvet. Quels facteurs ont influencé la mise au point de fibres synthétiques pour remplacer ce dernier? (Exemples : allergies, diminution du nombre d’oies d’élevage, accroissement du marché, avancées scientifiques dans le domaine des matériaux, etc.)
  • Comment fabrique-t-on le polyester? Comment le polyester et le duvet se comparent-ils sur le plan de leurs impacts environnementaux? 
Relier la Science et la Technologie à la Société et à l'Environnement
  • Pourquoi la fabrication des sacs de couchage faits de fibres synthétiques est-elle moins coûteuse que celle des modèles en duvet? 
  • Autrefois, les couettes devaient toujours être faites d’un isolant de plumes ou de duvet. Quels facteurs ont influencé la mise au point de fibres synthétiques pour remplacer ce dernier? (Exemples : allergies, diminution du nombre d’oies d’élevage, accroissement du marché, avancées scientifiques dans le domaine des matériaux, etc.)
  • Comment fabrique-t-on le polyester? Comment le polyester et le duvet se comparent-ils sur le plan de leurs impacts environnementaux? 
Explorer les Concepts
  • Comment le duvet et les fibres synthétiques d’un sac de couchage tiennent-ils leurs utilisateurs au chaud? 
  • Qu’est-ce que le transfert thermique? Quelles conditions pourraient accentuer le transfert thermique quand tu dors à l’extérieur? Qu’est-ce qui pourrait l’amoindrir? 
  • Quelle est la différence entre le duvet et les plumes? À quoi servent le duvet et les plumes quand ils sont sur le corps de l’oie? Les canards et les oies utilisent-ils le duvet ou les plumes d’autres manières?  
Explorer les Concepts
  • Comment le duvet et les fibres synthétiques d’un sac de couchage tiennent-ils leurs utilisateurs au chaud? 
  • Qu’est-ce que le transfert thermique? Quelles conditions pourraient accentuer le transfert thermique quand tu dors à l’extérieur? Qu’est-ce qui pourrait l’amoindrir? 
  • Quelle est la différence entre le duvet et les plumes? À quoi servent le duvet et les plumes quand ils sont sur le corps de l’oie? Les canards et les oies utilisent-ils le duvet ou les plumes d’autres manières?  
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Quelles raisons éthiques pourraient pousser une personne à choisir un sac de couchage isolé par du duvet? Et si c’était un sac isolé par des fibres synthétiques? 
  • Penses-tu que l’école du Royaume-Uni mentionnée dans l’article a eu raison d’interdire le port de manteaux Canada Goose à cause de leur prix? Pourquoi, ou pourquoi pas? 
Nature de la Science / Nature de la Technologie
  • Quelles raisons éthiques pourraient pousser une personne à choisir un sac de couchage isolé par du duvet? Et si c’était un sac isolé par des fibres synthétiques? 
  • Penses-tu que l’école du Royaume-Uni mentionnée dans l’article a eu raison d’interdire le port de manteaux Canada Goose à cause de leur prix? Pourquoi, ou pourquoi pas? 
Littératie Médiatique
  • As-tu déjà vu des publicités pour des sacs de couchage ou des manteaux contenant du duvet? Quels caractéristiques et avantages mettait-on de l’avant? Les publicités semblaient-elles viser un type d’acheteur en particulier? Explique. 
Littératie Médiatique
  • As-tu déjà vu des publicités pour des sacs de couchage ou des manteaux contenant du duvet? Quels caractéristiques et avantages mettait-on de l’avant? Les publicités semblaient-elles viser un type d’acheteur en particulier? Explique. 
Suggestions d'enseignement
  • Cet article peut être utilisé pour l’enseignement et l’apprentissage des mathématiques et de la physique, de même que de la santé et du corps humain, en ce qui a trait aux sources d’énergie et aux transferts thermiques. On y trouve des concepts liés aux sacs de couchage, à l’isolation, au duvet, aux isolants synthétiques et au polyester. 
  • Après avoir lu cet article, les élèves peuvent explorer les avantages et les inconvénients de l’utilisation de duvet dans les sacs de couchage en se servant d’un Organisateur du pour et du contre. Les fiches BLM prêtes à l’emploi sur cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [.doc] et [.pdf]. 
  • Pour renforcer l’apprentissage des élèves, les enseignants peuvent leur demander de remplir une Toile de définition du concept d’isolation. Les fiches BLM prêtes à l’emploi sur cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [.doc] et [.pdf]. 
  • Pour étendre l’apprentissage des élèves, les enseignants peuvent leur demander d’effectuer des recherches supplémentaires sur l’utilisation de fibres synthétiques par rapport au duvet naturel dans l’isolant, et de créer ensuite un diagramme de Venn leur permettant de comparer les caractéristiques de chacun des matériaux. 
  • Pour étendre la portée de l’article en arts médiatiques, les élèves pourraient créer une publicité ou une infographie présentant les principales caractéristiques et les bases scientifiques du sac de couchage de leur choix (en duvet ou en fibres synthétiques). 
Suggestions d'enseignement
  • Cet article peut être utilisé pour l’enseignement et l’apprentissage des mathématiques et de la physique, de même que de la santé et du corps humain, en ce qui a trait aux sources d’énergie et aux transferts thermiques. On y trouve des concepts liés aux sacs de couchage, à l’isolation, au duvet, aux isolants synthétiques et au polyester. 
  • Après avoir lu cet article, les élèves peuvent explorer les avantages et les inconvénients de l’utilisation de duvet dans les sacs de couchage en se servant d’un Organisateur du pour et du contre. Les fiches BLM prêtes à l’emploi sur cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [.doc] et [.pdf]. 
  • Pour renforcer l’apprentissage des élèves, les enseignants peuvent leur demander de remplir une Toile de définition du concept d’isolation. Les fiches BLM prêtes à l’emploi sur cette stratégie d’apprentissage sont disponibles en formats [.doc] et [.pdf]. 
  • Pour étendre l’apprentissage des élèves, les enseignants peuvent leur demander d’effectuer des recherches supplémentaires sur l’utilisation de fibres synthétiques par rapport au duvet naturel dans l’isolant, et de créer ensuite un diagramme de Venn leur permettant de comparer les caractéristiques de chacun des matériaux. 
  • Pour étendre la portée de l’article en arts médiatiques, les élèves pourraient créer une publicité ou une infographie présentant les principales caractéristiques et les bases scientifiques du sac de couchage de leur choix (en duvet ou en fibres synthétiques). 

En savoir plus

Comment choisir votre sac de couchage (2017) ONO - explique plus en détail comment déterminer la quantité et le type d’isolant souhaité, entre autres. 

La thermorégulation (2014) La médecine du sport - Examine plus en détail comment déterminer la quantité et le type d’isolant dont vous avez besoin, ainsi que d’autres aspects du sujet. Comprend une explication de la façon dont le corps détecte et compense pour les températures inconfortables.

Références

Abedi, M. (2018, novembre 16). Canada Goose jackets banned by U.K. school for being too expensive. Global News.

Rosenthal, Martha S. (n.d.). Thermal regulation. Biology Reference.