Plus le taux d'humidité est élevé, plus l'évaporation devient difficile, et plus, bien sûr, le corps peine à éliminer sa chaleur en trop.

Le point sur l'humidex

«Dans une chronique passée, vous avez expliqué comment on calcule le fameux facteur vent. Or il est bien connu qu'il y a aussi un «facteur humidité» qui rend plus inconfortables les fortes chaleurs, selon le cas. Comment cela s'explique-t-il? Et comment le calcule-t-on?», demande Louis Morin, de Saint-Georges-de-Beauce.
Il existe effectivement un «facteur humidité» qui, selon la source des prévisions météo, peut porter divers noms - «humidex», «température ressentie», etc. Mais il s'agit d'une seule et même idée de base.
Quand nous avons chaud, le corps doit évacuer de la chaleur afin de maintenir sa température autour de 37 °C. Or ce n'est pas une tâche nécessairement facile, surtout les jours de canicule. Certes, le corps peut irradier sa chaleur (en émettant des rayons infrarouges, ce qu'il fait en permanence), mais ce n'est pas une méthode particulièrement efficace pour se débarrasser d'un trop-plein d'énergie thermique. Le contact de l'air, pour peu que sa température soit inférieure à celle du corps, peut en principe rafraîchir, mais l'air ne conduit pas bien la chaleur, étant plutôt un isolant thermique, et même la convection (le fait que le corps chauffe l'air le rend moins dense et le fait s'élever, ce qui lui permet de «partir» avec de la chaleur) n'aide pas beaucoup.
Alors à part la saucette dans un lac, il ne reste pas 36 possibilités : le corps transpire. Et il ne s'agit pas ici de «suer pour suer». Le corps exsude de l'eau pour qu'elle s'évapore. C'est le point central du stratagème.
Comme on l'a déjà vu dans cette rubrique, il ne suffit pas (contrairement à ce qu'on nous enseigne) que l'eau atteigne 100 °C pour qu'elle s'évapore. On vous épargne les détails, mais disons simplement que les molécules ont toutes des «bouts» qui sont électriquement chargés et qui peuvent attirer des bouts d'autres molécules. Dans le cas de l'eau, dont les molécules sont faites un peu comme des aimants, ces forces sont particulièrement fortes. Pour cette raison, une molécule de H2O n'a pas seulement besoin d'assez d'énergie pour devenir un gaz, elle a aussi besoin d'un surplus d'énergie pour briser ses liens avec les autres molécules de liquides - surplus nommé enthalpie de vaporisation.
Et pour l'eau, on parle ici d'une sacrée «taxe» : l'équivalent de cinq fois l'énergie qu'il faut pour élever la température de l'eau de 0 à 100 °C. Cinq fois!
Forcément, cette orgie d'énergie provient du milieu ambiant. Alors, quand une molécule d'eau s'évapore, elle se trouve à amener avec elle une grande quantité d'énergie (lire : chaleur) et rafraîchit par le fait même le liquide qu'elle quitte.
Pour un corps qui doit se débarrasser d'un trop-plein de chaleur, c'est diablement efficace. Mais si ingénieux qu'il soit, ce stratagème ne fonctionne vraiment bien que si l'eau peut s'évaporer facilement et rapidement. Or, plus le taux d'humidité est élevé, plus l'évaporation devient difficile, et plus, bien sûr, le corps peine à éliminer sa chaleur en trop. C'est ce phénomène-là que tente d'exprimer l'indice humidex. Le détail du calcul est dans l'encadré ci-contre, pour ceux qui veulent pousser un peu plus loin.
Pour les autres, disons simplement ceci : l'humidex est un indicateur bien utile pour se faire une idée de la «lourdeur du temps». Mais comme n'importe quel autre indice qui tente de mesurer une impression subjective, celui-là a ses limites. Par exemple, il ne tient compte (essentiellement) que de la température et du taux d'humidité, alors qu'il est bien connu que tous ne réagissent pas de la même manière à des conditions données.
Pour ajouter une dimension supplémentaire à l'indice, certains pays et organisations y intègrent des données sur la mortalité associée aux vagues de chaleur. Mais même là, des études ont montré qu'à canicules égales, les gens des régions chaudes succombent moins.
En outre, d'aucuns reprochent à l'humidex d'être un bricolage mathématique discutable. Son résultat est d'ailleurs une valeur sans unité : bien que plusieurs le présentent comme la «température ressentie», à vrai dire, l'humidex ne s'exprime pas en degrés. Techniquement, un humidex de 35, par exemple, n'équivaut pas à «35 degrés», mais à 35 tout court.
Bref, il n'est pas simple de mettre au point ce genre d'indice, et le résultat n'est jamais parfait.
Autres sources :
- Miguel Tremblay, Du refroidissement éolien et du facteur humidex (critique des indices), ptaff.ca, 2003, http://bit.ly/1oBZMJK
- Carl Nave, «Perspiration cooling of body», Hyperphysics Concepts, Georgia State University, 2012, http://bit.ly/1niwT7x
- Shakoor Hajat et coll., «Heat-health warning systems: A comparison of the predictive capacity of different approaches to identifying dangerously hot days», American Journal of Public Health, 2010, http://bit.ly/1y5v2GL
La formule mathématique
Dans sa forme la plus brute, la formule est d'une simplicité désarmante, une humble addition où l'humidex H est égal à la température t (en Celcius) plus l'effet de l'humidité h. Donc : H = t + h.
Cela dit, la variable h est une sorte de «bibitte» mathématique équivalant à (0,555)(p - 10), où p est la «pression partielle de l'eau», soit essentiellement la partie de la pression atmosphérique attribuable à la vapeur d'eau (en millibars). Environnement Canada la calcule par cette formule :
p = 6,11 x e5417,753 x (1/273,16 - 1/point de rosée)
La lettre «e», ici, est une constante mathématique extrêmement importante nommée «nombre d'Euler». Nous n'avons malheureusement pas l'espace pour en dire davantage (on y reviendra, promis), mais pour les besoins du calcul, disons que e est égal à environ 2,718. Le nombre 5417,753 est quant à lui une constante dérivée sur le poids des molécules d'eau, de leur enthalpie d'évaporation et de lois de la physique sur les gaz.
Le point de rosée, soit la température sous laquelle la vapeur d'eau dans l'air commence à condenser, est donc la seule vraie variable que l'on doit définir dans cette formule - et soulignons ici que ce n'est pas un hasard si ledit point de rosée varie selon la températureet l'humidité relative. Notons qu'il doit être ici exprimé en Kelvin, et non en degrés Celsius.
Prenons donc l'exemple des conditions qui prévalaient à Québec vendredi dernier. En fin d'après-midi, d'après Environnement Canada, il faisait 25,4 °C, l'humidité relative était de 41 %, ce qui est assez bas, et le point de rosée était de 11,4 °C - donc 284,56 K.
La pression partielle p de l'eau était donc de :
p = 6,11 x e5417,753x (1/273,16- 1/point de rosée)
p = 6,11 x 2,7185417,753 x (1/273,16 - 1/284,56)
p = 13,5 mbar
En remontant dans notre chaîne d'équations, on a donc :
h = 0,555 x (p - 10)
h = 0,555 x (13,5 - 10)
h = 1,9
Et, par conséquent, l'indice humidex H est égal à :
H = t + h
H = 25,4 + 1,9
H = 27,3