Performance du gilet rafraîchissant : Un effort surhumain sous la chaleur
Utilisation dans des conditions thermiques extrêmes
L'organisme humain ne peut fonctionner que pendant une durée limitée à une température corporelle centrale normale supérieure à 37 °C. De ce fait, prolonger la performance au travail dans des conditions thermiques extrêmes repose sur des principes physiologiques évidents. Sans mesures correctives, une hausse incontrôlée de la température centrale peut non seulement nuire à notre capacité de travail, mais aussi s'avérer fatale. Le coup de chaleur, associé à d'autres facteurs, est cliniquement défini comme une température corporelle centrale supérieure à 40 °C, bien qu'il puisse survenir à des températures plus basses. Les crampes de chaleur, moins graves (et plus fréquentes), marquent souvent le moment où une personne ne peut plus maintenir sa performance au travail. La guérison des maladies liées à la chaleur nécessite une période de refroidissement avant toute reprise d'effort, et dans le cas d'un coup de chaleur, un refroidissement rapide peut faire la différence entre la vie et la mort.
Charge de travail légère
Les gilets rafraîchissants ont permis d'allonger significativement la durée pendant laquelle les participants pouvaient maintenir leur performance au travail dans le cadre de protocoles de recherche à faible effort physique. Des études montrent que la performance au travail peut être maintenue jusqu'à 100 % plus longtemps, voire plus, lorsque les participants portent un gilet rafraîchissant. Dans une étude, les participants, vêtus d'un uniforme de travail standard, ont effectué une série de cycles marche-repos pendant six heures dans des conditions thermiques variables. Lors du test à 57 °C, les participants portant un gilet rafraîchissant ont pu travailler en moyenne 1,5 heure de plus que ceux qui n'en portaient pas, doublant ainsi leur temps de tolérance.
La capacité à travailler plus longtemps avec un gilet rafraîchissant est principalement due au ralentissement de l'augmentation de la température corporelle centrale. Ces gilets agissent comme des réservoirs de chaleur, dissipant la chaleur métabolique et favorisant ainsi la thermorégulation. Cet effet a été démontré dans une troisième étude publiée dans le Journal of Thermal Biology . Les participants ont effectué des exercices de marche relativement légers dans une chambre thermique. Mesurée à l'aide d'un petit thermomètre ingéré avant l'étude (un dispositif transmettant en continu la température centrale depuis l'estomac), la température centrale des participants portant un gilet rafraîchissant a augmenté d'environ 0,6 °C à la fin du test de 2,5 heures. Sans gilet rafraîchissant, cette augmentation était plus proche de 1,4 °C.
Comme nous l'avons vu dans des articles précédents, l'être humain ne peut survivre que si sa température corporelle se maintient dans une fourchette relativement étroite autour de 37 °C. Par conséquent, la réduction d'environ 0,8 °C obtenue grâce au port d'un gilet rafraîchissant est physiologiquement significative. Compte tenu de la durée d'effort considérablement plus longue lors d'un travail léger par temps chaud, un rapport technique de Recherche et Développement pour la Défense du Canada a conclu que les cas d'utilisation militaires idéaux pour les gilets rafraîchissants pourraient concerner des « travaux légers » tels que le maniement d'une mitrailleuse de calibre .50.
Charge de travail importante
S'il est clair que le temps de tolérance est prolongé lors d'efforts légers, les recherches démontrent également de façon constante les effets positifs du port d'un gilet rafraîchissant lors d'efforts intenses. Selon des calculs théoriques, le même rapport canadien estime que le port de gilets rafraîchissants améliore le temps de tolérance de 20 à 30 % lors d'efforts physiques classés par l'armée américaine comme « modérés » à « intenses ». Des tests menés sur des sujets humains confirment ce résultat théorique, comme nous allons l'expliquer.
Les études sur les gilets rafraîchissants aux limites extrêmes de la tolérance thermique humaine se concentrent souvent sur leurs effets chez les personnes portant des combinaisons de pompier, de démineur ou de protection chimique. Dans ces trois cas, les vêtements de protection requis sont lourds, encombrants et limitent la thermorégulation. Le port de tels équipements exige un effort métabolique accru, augmentant le stress thermique tout en limitant les pertes de chaleur vers l'environnement. En milieu chaud, cette combinaison accroît le risque de coup de chaleur. Lors d'un travail extrêmement pénible avec des vêtements de protection contraignants, le port d'un gilet rafraîchissant peut prolonger la durée de tolérance de 10 à 20 %.
Les combinaisons de déminage (EOD) sont un autre exemple de vêtements de protection encombrants, lourds et peu thermorégulateurs. Cette combinaison peut entraîner une surchauffe et une fatigue rapide chez les démineurs en milieu chaud. Une étude inédite a évalué si le port d'un gilet réfrigérant sous les combinaisons de déminage améliorait leurs performances. Le protocole de test était éprouvant : marcher à un rythme modéré en combinaison de déminage pendant une heure maximum dans des conditions chaudes et humides (35 °C et 50 % d'humidité relative). Par mesure de sécurité, le test était interrompu si la fréquence cardiaque d'un sujet dépassait 90 % de sa fréquence maximale.
Aucun des huit participants n'a pu terminer le protocole de test sans gilet réfrigérant. Même avec un gilet réfrigérant, un seul participant a réussi à achever le test complet de 60 minutes. Cependant, tous les sujets ont montré une durée de performance accrue avec le gilet réfrigérant sous la combinaison de déminage, avec un gain moyen de 8 minutes (soit une amélioration d'environ 27 %). Une telle amélioration, même modeste, peut s'avérer cruciale lors de missions à haut risque comme le déminage.
Les combinaisons de protection chimique représentent le pire scénario en matière de thermorégulation. Conçues pour empêcher tout échange d'air entre le porteur et l'environnement potentiellement mortel ou toxique, elles rendent rapidement inefficaces les principaux mécanismes de thermorégulation du corps : la transpiration par évaporation et le refroidissement par convection. De plus, les porteurs doivent souvent effectuer des tâches physiques telles que la décontamination ou l'intervention en cas d'incident impliquant des matières dangereuses, ce qui accroît la production de chaleur métabolique. Le porteur se retrouve ainsi piégé à l'intérieur de la combinaison, exposé à sa propre chaleur résiduelle.
Compte tenu du risque de coup de chaleur lié au port de ces combinaisons, plusieurs études ont cherché à évaluer l'efficacité des méthodes de refroidissement, notamment des gilets rafraîchissants. Les résultats montrent que ces gilets peuvent améliorer la durée de travail, mais en raison du stress thermique important, les gains sont généralement minimes. Une étude a révélé que les sujets soumis à un effort intense en combinaison de protection chimique tenaient en moyenne environ 5 minutes de plus lorsqu'ils portaient un gilet rafraîchissant à base de glace.
Une étude moins exigeante physiquement, utilisant un matériau à changement de phase fondant à 18 °C (offrant ainsi un pouvoir réfrigérant inférieur à celui de la glace), a montré que les soldats portant des combinaisons de protection chimique pouvaient courir à un rythme soutenu pendant environ 28 % de plus (soit 10 minutes) en moyenne que ceux qui n'en portaient pas. Une étude similaire, utilisant un gilet réfrigérant, a montré une augmentation du temps de course d'environ 12 minutes par rapport au groupe témoin. Le résultat crucial a été que seulement 4 participants sur 10 ont pu terminer le test sans gilet réfrigérant, contre 9 sur 10 avec le gilet.
Autres charges de travail
Les gilets rafraîchissants trouvent également des applications dans des domaines surprenants, comme la Formule 1. Depuis cette année, les pilotes sont autorisés à porter des gilets rafraîchissants (avec circulation d'eau glacée – pratiquement uniquement dans des environnements statiques comme les voitures de course ou les avions) pour lutter contre les fortes chaleurs qui ont contraint des pilotes comme Lance Stroll, victime d'un malaise pendant la course au Qatar sous une chaleur accablante. Le système de refroidissement en F1 devrait devenir obligatoire à partir de 2026.
Dans certaines professions, les employés ne bénéficient que de pauses limitées entre les périodes d'effort. Par exemple, les bagagistes alternent entre travail physique sur un tarmac brûlant et périodes de récupération entre les mouvements d'avion. Une étude menée auprès de pompiers australiens constitue un exemple extrême. Ces derniers devant retourner dans la salle d'intervention après une courte pause, le protocole prévoyait deux simulations d'opérations de sauvetage de 20 minutes chacune dans une chambre à 104 °C, séparées par une pause de 10 minutes.
La température corporelle des sujets a continué d'augmenter même pendant la courte pause et, comme prévu, a atteint un niveau encore plus élevé lors du deuxième essai. Cette élévation de la température corporelle a entraîné des températures proches des limites autorisées en matière de santé au travail et une diminution significative de la force de préhension après le deuxième essai. Les chercheurs ont conclu que les méthodes de refroidissement passif (c'est-à-dire le simple repos) sont insuffisantes pour abaisser la température corporelle et que des périodes de récupération plus longues ou des méthodes de refroidissement actif sont nécessaires.
Les méthodes de refroidissement actif, comme le port d'un gilet rafraîchissant pendant les pauses, sont également utiles en dehors du contexte de la lutte contre les incendies. Par exemple, les joueurs de football disposent de 15 minutes de récupération à la mi-temps et ne peuvent pas porter de gilet pendant le match. Une étude sur la récupération a montré que le port immédiat d'un gilet rafraîchissant après l'effort réduit significativement la rétention de chaleur. Cette réduction est substantielle : 46 % de la baisse de température corporelle mesurée a été observée dans les 15 premières minutes d'utilisation du gilet, contre seulement 36 % dans le groupe témoin. Des effets positifs similaires ont été observés sur la fréquence cardiaque, la température cutanée et la perception thermique.
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À propos de l'auteur : Erik Patton a obtenu son doctorat à l'Université Duke, où il a mené des recherches sur les défis posés par la hausse des températures dans l'entraînement militaire. Vétéran de l'armée américaine, Erik a servi dans divers climats extrêmes, des déserts du sud-ouest des États-Unis et du Moyen-Orient (+49 °C) aux conditions arctiques du centre de l'Alaska (−41 °C).
