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Protocole Isolation d'un sac de couchage (isolation)

Version 1.0 (13/02/2019)

par Anthony 13 févr. 104 lecteurs Soyez le premier à commenter share(partager) Soyez le premier à aimer ! :
Tout d’abord, rappelons le but d’un sac de couchage : nous isoler de l’extérieur. Autrement dit, conserver notre chaleur en évitant au maximum qu’elle s’échappe vers l’extérieur. L’objectif de notre protocole maison est donc de mesurer cette perte. C’est une méthode que nous avons déjà employé à plusieurs reprises depuis des années (dans le test de sacs de couchage 0 à -10°C par exemple).

Pour y parvenir, on peut tout de suite éliminer deux solutions :
  • Utiliser notre corps comme source de chaleur dans le duvet, et mesurer les températures extérieures : il est impossible de maîtriser précisément la chaleur émise par notre corps, qui peut varier, et les mesures de températures seraient donc bien trop aléatoires.
  • Acheter un mannequin validé pour la norme EN13537 et une chambre à la température régulée au dixième de degré pour faire des tests nous-mêmes : on voudrait bien, mais ça coûte quelques dizaines de milliers d’euros :)
Nous, on veut bien que Simon rejoigne l'équipe, même si sa conversation doit être limitée.
Nous, on veut bien que Simon rejoigne l'équipe, même si sa conversation doit être limitée.
La solution que nous avons retenu est de placer un volume d’eau chaude précis dans le sac de couchage, et d’enregistrer sa diminution de température avec le temps. Naturellement, moins le duvet isole, plus la température de l’eau chutera rapidement.

Dans l’ordre, ça donne :
  1. On remplit une bouteille d’eau chaude
  2. On place des capteurs de température sur la bouteille. De préférence plusieurs capteurs, afin de s’assurer que l’on introduit pas d’erreur de mesure.
  3. On place la bouteille dans le sac de couchage
  4. On démarre l’enregistrement : une mesure toutes les minutes par exemple.
  5. On quitte la pièce pour vaquer à ses occupations
  6. On revient quelques heures plus tard : on peut alors arrêter l’enregistrement et extraire les données.
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Résultats et conclusions possibles

Ce protocole nous a permis de départager plusieurs sacs de couchage de manière assez précise. Notamment avec des sacs de couchage sarcophage, où la reproductibilité est très bonne : avec plusieurs essais, on obtient les mêmes valeurs à quelques dixièmes de degré près.

Les résultats peuvent être analysés de 2 manières :
  • La pente des courbes : plus elle est élevée, moins le duvet est isolant
  • La durée pour perdre un nombre fixé de degrés : par exemple, pour passer de 58°C à 55°C, un duvet mettra plus de temps qu’un autre
Sur le graphique, la température de l'eau atteint plus rapidement 50°C dans le sac "bleu" (188 minutes) que le sac "rouge" (235 minutes). Soit 47 minutes d'écart !
Sur le graphique, la température de l'eau atteint plus rapidement 50°C dans le sac "bleu" (188 minutes) que le sac "rouge" (235 minutes). Soit 47 minutes d'écart !
L’avantage de ce protocole, c’est qu’on ne se soucie pas de la température de l’eau au début du protocole. Par exemple, si un essai a débuté avec de l’eau à 60°C et l’autre à 61°C, je vais “caler” les courbes obtenues pour ne visualiser que le moment à partir duquel la température est passée sous 58°C. Ainsi, je suis certain que le protocole est “stable” : les échanges thermiques sont installés, il n’y a plus de perturbations introduites par la mise en place du protocole et les nombreuses manipulations que cela demande.

Limites de ce protocole

Même si ce protocole met bien en évidence des différences d’isolation, il montre parfois ses limites dans certaines configurations. Ces limitations sont principalement dûes au format des sacs de couchage, par exemple :
  • mesurer la performance d’un quilt face à un sac sarcophage. En utilisant une bouteille de 5L, on se dit qu’on s’affranchit du “problème de la tête” : contrairement au mannequin complet utilisé par la norme EN 13537 (la tête dépasserait dans un quilt !), on ne s’intéresse ici qu’à une petite surface, pour voir ses capacités isolantes. Cependant, dans le sac sarcophage, la bouteille est davantage isolée que dans le quilt, puisqu’elle bénéficie d’une meilleure protection : une plus grande surface de bouteille sera isolée directement par le sac de couchage.
  • Parfois, quand les types d’isolation sont très différents (duvet versus synthétique par exemple) la structure du sac de couchage se présente très différemment. Quel est le  rapport me direz-vous ? Eh bien, cela influe également sur la surface d’échange, qui sera augmentée si le sac est moins flexible par exemple. Idéalement, il faudrait border la bouteille de 5L, pour avoir exactement le même surface d’échange, mais il est difficile de s’en assurer.
  • Et plus récemment, nous avons testé un sac de couchage hybride (le Spark SPII de Sea To Summit) : au niveau du torse, il est cloisonné en H, mais ce sont des coutures traversantes partout ailleurs… Où devrions-nous placer nos bouteilles de 5L finalement ? Il n’y a pas de réponse évidente…
En image c'est plus clair ! Le problème est ici volontairement exagéré, mais on voit bien la différence : si un espace entre la bouteille et le sac est créé, la surface d'échange (ligne verte) est augmentée, et un volume d'air apparaît. Ce volume engendre une convection naturelle qui accélère l'échange thermique, et donc la chute de température de l'eau.
En image c'est plus clair ! Le problème est ici volontairement exagéré, mais on voit bien la différence : si un espace entre la bouteille et le sac est créé, la surface d'échange (ligne verte) est augmentée, et un volume d'air apparaît. Ce volume engendre une convection naturelle qui accélère l'échange thermique, et donc la chute de température de l'eau.
Construction hybride : à gauche du trait, ce sont des cloisons en H. À droite, ce sont des coutures traversantes. D'ailleurs, ça se voit à leur couleur !
Construction hybride : à gauche du trait, ce sont des cloisons en H. À droite, ce sont des coutures traversantes. D'ailleurs, ça se voit à leur couleur !

Une autre solution : la caméra thermique

Pour peaufiner les résultats et mieux comprendre ces limitations, nous utilisons une caméra thermique. Toujours en plaçant des bouteilles d’eau chaude dans le sac, la caméra nous permet de mieux visualiser la répartition des températures, et éventuellement dénicher des ponts thermiques.
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Cette caméra ne permet pas de mesurer très précisément les températures : son erreur est de +- 2°C. Mais cette marge d’erreur nous permet amplement de mieux appréhender comment se fait l’échange thermique autour de la source de chaleur. Notamment par rapport au thermomètre pistolet que nous utilisions auparavant.
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