La technologie des capteurs et la modélisation mathématique ouvrent de nouvelles possibilités pour optimiser le confort thermique et l’efficacité énergétique dans les espaces de travail et les salles d’opération. Des mannequins intelligents, équipés de capteurs sophistiqués, permettent désormais d’analyser avec précision les conditions climatiques intérieures et d’adapter les systèmes de chauffage et de climatisation de manière plus efficace.
Dans un contexte où la consommation énergétique liée à la climatisation atteint des niveaux considérables en Suisse, la recherche de solutions plus durables s’intensifie. Agnes Psikuta, chercheuse à l’Empa, a entrepris de générer des données fiables sur le climat intérieur au poste de travail. Son objectif : optimiser la climatisation des bâtiments tout en préservant la santé et les performances des occupants.
Pour mener à bien ses travaux, la scientifique s’appuie sur deux mannequins intelligents nommés «ANDI» et «HVAC». Ces dispositifs sophistiqués mesurent avec précision les paramètres du climat ambiant grâce à une technologie de capteurs avancée et à une modélisation mathématique complexe.
HVAC : un mannequin futuriste bardé de capteurs
Le mannequin «HVAC» (acronyme de « Heating, Ventilation, Air Conditioning ») se distingue par son apparence futuriste et son équipement high-tech. Sa coque en plastique comporte pas moins de 46 champs de mesure, lui permettant de quantifier le rayonnement thermique de l’environnement avec une grande précision. Cette capacité d’analyse fine lui permet notamment de différencier la chaleur du soleil de celle produite par un système de chauffage.
ANDI : le simulateur thermique humain
Le mannequin «ANDI» complète parfaitement les données collectées par « HVAC« . Agnes Psikuta ajoute : « ANDI est le type même de l’ensemble, il enregistre le bilan thermique que présente un être humain dans les conditions données« . Pour ce faire, le mannequin maintient sa température de fonctionnement à 34 degrés, reproduisant ainsi la température cutanée d’un être humain dans sa zone de confort thermique.
La chercheuse précise : «Dans la zone de confort, l’homme ne transpire pas, ne tremble pas de froid et n’a pas froid aux mains et aux pieds, car il peut facilement maintenir son équilibre thermique».
Vers une optimisation énergétique des bâtiments
Les données combinées de ces deux mannequins sont ensuite intégrées dans un modèle mathématique, aboutissant à la création d’un modèle thermique virtuel d’une personne sur son lieu de travail. Dans le cadre d’un projet soutenu par le Fonds national suisse (FNS), Agnes Psikuta étudie comment «HVAC» et « ANDI » s’adaptent aux conditions réelles de bureau au fil des saisons.
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L’objectif final de ces recherches est d’optimiser les besoins énergétiques des bâtiments. La chercheuse de l’Empa souligne : «En plein été, les climatiseurs tournent à plein régime pour refroidir complètement les bureaux open space, par exemple. Mais on ne sait pas quelle est l’efficacité de cette situation pour chaque poste de travail». Des solutions plus ciblées et moins énergivores, telles que des panneaux muraux rafraîchissants ou des chaises de bureau ventilées, pourraient s’avérer plus efficaces.
Application en milieu hospitalier : prévenir l’hypothermie en salle d’opération
Les mannequins «ANDI» et «HVAC» trouvent également une application inattendue dans le domaine médical, notamment en salle d’opération. Lors d’interventions chirurgicales prolongées, il est crucial de maintenir le patient à une température adéquate tout en assurant le confort thermique de l’équipe médicale.
Agnes Psikuta conclut : «Jusqu’à présent, les possibilités de maintenir le patient suffisamment au chaud consistent toutefois en des solutions jetables peu durables ou en des structures compliquées et difficiles à désinfecter».
Un projet mené en collaboration avec l’Université technique de Varsovie vise à déterminer le positionnement optimal de lampes infrarouges dans la salle d’opération. L’objectif est de prévenir l’hypothermie du patient sans gêner le personnel médical ni risquer de provoquer des brûlures cutanées. Les données modélisées permettront d’ajuster la position et la puissance des lampes chauffantes en fonction des différentes situations opératoires.
Légende illustration : La chercheuse de l’Empa Agnes Psikuta positionne Manikin « HVAC » pour la mesure des données sur le poste de travail de bureau. Image : Empa
Contenu adapté de l’article original
