Brevet FR2534050A1 — publié le 19840406

L'invention concerne des éléments de mannequin chauffant pour des évaluations thermiques, notamment pour étudier les propriétés thermiques d'un vêtement ou les conséquences thermiques dues au port d'un système respiratoire I1 est connu d'utiliser des mannequins chauffants à parois métalliques chauffées par des résistances électriques et pourvues de thermocouples pour mesurer la température locale de la surface externe du mannequin. Ces mannequins présentent divers inconvénients inertie thermique importante qui affecte la mesure de la constante de temps des vêtements en essai, difficultés techniques de réalisation pour obtenir une constance du flux thermique à la surface externe du mannequin, poids et prix de revient élevés. L'invention a pour objet de fournir des éléments de mannequin et des mannequins affranchis de ces inconvénients. De faon typique, l'invention a pour objet un élément de mannequin chauffant dont la paroi est essentiellement mince et est chauffée par rayonnement. Plus précisément, selon l'invention, le mannequin ou élément de mannequin chauffant est caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une paroi mince enveloppant un volume creux, la surface interne de cette paroi s'échauffant sous l'action du rayonnement d'un ou plusieurs émetteurs disposés dans ledit volume et réglés pour que l'échauffement soit sensiblement uniforme dans l'étendue de ladite surface. On obtint ainsi, par l'utilisation d'une paroi qui peut être aussi mince que possible une diminution considérable de la constante de temps et, par la faculté de jouer à volonté sur la disposition,la forme et puissance des émetteurs, une maîtrise complète de la répartition du flux sur la surface de la face interne de la paroi. Le flux reçu par cette surface est absorbé par l'enveloppe qui s'échauffe en fournissant vers l'extérieur un flux constant. On décrira ci-après des modes de réalisation de l'invention qui feront apparaître d'autres particularités techniques de l'invention, en référence aux figures du dessin joint sur lequel - la figure 1 est une vue d'un premier élément de mannequin conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue d'un deuxième élément de mannequin conforme à l'invention ; - la figure 3 est une vue d'un troisième élément de mannequin conforme à l'invention ; - la figure 4 est une vue d'un assemblage de deux éléments de mannequin conformes à l'invention - la figure 5 est une perspective d'un moyen pour créer une convection utilisable dans les éléments de mannequin de l'invention ;; - la figure 6 est une coupe de l'élément de la figure 5 - la figure 7 est un schéma d'un dispositif pour l'évaluation thermique d'un vêtement, et - la figure 8 est un schéma d'un dispositif pour évaluer les conséquences thermiques dues au port d'un système respiratoire et de protection de la tête. L'élément e mannequin conforme à l'invention a de préférence une forme anatomique ou quasi anatomique: tête, tronc, membre. Pour des raisons de facilité de fabrication ou lorsque cela est suffisant, il peut se réduire à une forme géométrique élémentaire ou à une combinaison de formes géométriques élémentaires sphère, tronc de cylindre à section elliptique, tronc de cylindre à section cylindrique, cylindre à section circulaire, etc. La figure 1 représente un élément de forme sphérique qui peut simuler une tête. Cet élément est essentiellement constitué par une paroi 1, de forme sphérique, qui délimite un volume interne creux 2 dans la région centrale duquel se trouve un émetteur 3. La figure 2 représente un autre élément destiné à simuler un avant-bras. Sa paroi 10 est de forme tronconique et délimite un volume interne 20 dans l'axe duquel est placée une série d'émetteurs 30. La figure 3 représente un troisième élément destiné à simuler un torse. Sa paroi 100 est de section elliptique et délimité un volume interne 200 à l'intérieur duquel des émetteurs 300 sont répartis selon une monarque plane délimitée par les deux lignes A et B des foyers des sections elliptiques. De-fason générale, pou- une paroi de forme donnée, les émetteurs sont de préférence disposés sur le lieu des points les plus équidistants de la surface interne de cette paroi et ils sont modulés en puissance pour que compte tenu de la forme de la paroi et de la distance moyenne des émetteurs à la surface interne le flux reçu par cette surface soit uniforme les dispositions représentées sur les figures 1 à 3 où les émetteurs sont répartis respectivement dans une zone centrale, selon un axe et selon un certain plan, ne sont donnés qu'à titre d'exemple. Dans des réalisations préférées, les émetteurs sont des lampes à incandescence qui éclairent uniformément la surface interne de la paroi de l'élément, cette surface interne constituant de préférence un corps noir, ce que l'on obtient par exemple au moyen d'une peinture appropriée. Les gaz présents à l'intérieur de l'enveloppe sont susceptibles de mouvements de convection privilégiés propres à perturber la répartition voulue du flux et, pour-éviter cet inconvénient, il est préconisé de créer une convection forcée à l'intérieur du corps. Cette convection forcée est obtenue, par exemple, au moyen de petits émetteurs de gaz comprimé qui engendrent des tourbillons. La figure 5 représente un exemple d'un moyen simple pour créer une convection forcée : il s'agit d'un anneau 4 comportant ou non une base 4a. Contre la paroi latérale 4b de l'anneau, sont disposées une ou plusieurs buses tangentielles 5 dont le jet est dirigé en direction de cette paroi latérale. Du fait de la forme de l'anneau, ce jet sort de l'anneau suivant un chemin en spirales. Dans une-réalisation préférée, le bord de la paroi latérale de l'anneau comporte un rebord 4c (figure 6) dirigé vers l'intérieur de l'anneau pour empêcher une sortie directe du jet de la buse et forcer ce jet à tourner dans l'anneau avant de sortir de l'anneau. Ces anneaux sont disposés dans l'élément de mannequin de façon à ne pas constituer un écran entre les émetteurs et'la surface interne de la paroi latérale de l'élément.Pour l'exemple, on atreprésenté un tel anneau 4 plaqué contre la paroi latérale de la sphère 1 et deux tels anneaux 4 aux deux extrémités de l'axe de la paroi tronconique 10. Un élément de mannequin conforme à l'invention peut être utilisé seul ou en association avec d'autres éléments. Lorsqu'il est utilisé seul, il est préconisé de fermer les extrémités longitudinales de l'élément par des surfaces faisant office de miroirs vis à vis des radiations des émetteurs et il est également préconisé de munir ces parois miroirs d'une isolation thermique au dos du miroir. Pour l'exemple, on a représenté schématiquement sur la figure 2, à l'une des extrémités de l'élément, une paroi miroir 6 et son doublage isolant 7. Lorsque l'élément doit être utilisé en même temps que les éléments auxquels ils se raccordent, il est inutile de munir ces extrémités de tels miroirs. La figure 4 représente pour l'exemple, la jonction de deux éléments respectivement à paroi tronconique 10 et à paroi cylindrique 11, représentant par exemple respectivement un avant-bras et un bras. A la jonction des deux parois, il est avantageux mais non obligatoire de disposer un anneau pour créer un vortex, comme l'anneau de la figure 5. Les éléments peuvent comporter des parois internes par exemple pour supporter les émetteurs ou renforcer la rigidité de la paroi latérale, mais ces parois internes doivent être minces et disposées pour ne pas gêner la propagation des rayons vers la paroi latérale. La paroi. latérale doit être aussi fine que possible pour avoir une inertie thermique aussi faible que possible, ce que l'on peut obtenir en utilisant une nappe de matière plastique armée, par exemple une nappe de polyester armé par des fibres de verre. La paroi peut être mise en forme par moulage ou par gonflage. L'invention n'est pas limitée à de telles réalisations de parois. Pour des mesures thermiques, on associe à l'élément de mannequin des moyens pour mesurer la température en divers points de la paroi latérale. Ces moyens, par exemple des thermocouples, sont de préférence placés à l'intérieur de cette paroi latérale ou contre la surface externe de cette paroi. Pour mesurer les caractéristiques thermiques d'un vêtement, on utilise, conformément à l'invention, un dispositif qui comprend d'une part un mannequin ou des parties de mannequin conforme à l'invention associées à un appareillage pour l'alimentation des émetteurs et pour l'exploitation des signaux fournis par les thermocouples. La figure 7 représente schématiquement un tel dispositif où l'on voit le mannequin 8, les thermocouples schématisés par un thermocouple 9, et les transmissions électriques 12 pour l'alimentation des émetteurs et 13 pour le fonctionnement des thermocouples reliés à une armoire de contrôle et d'exploitation 14. Pour tester un vêtement, on habille le mannequin ou les parties de mannequin avec ce vêtement et l'on alimente les émetteurs de façon à obtenir sur la surface externe de la paroi du mannequin'un flux thermique constant. Dans un contexte thermique extérieur donné,- les températures locales de cette paroi (détectées par les thermocouples) sont caractéristiques de l'isolement local du vêtement dont le mannequin est habillé et il est possible de déduire de ces températures le coefficient d'isolement local du vêtement. L'évolution dans le temps de ces températures, pour une vériation donnée d'énergie fournie aux émetteurs, détermine la constante de temps du vêtement. Cette constante est d'autant mieux déterminée que la constante de temps propre du mannequin est faible, d'ôù l'intérêt,d'une épaisseur de paroi aussi faible que possible puisque la constante de temps du mannequin est proportionnelle à l'épaisseur de la paroi. L'invention n'est pas limitée à cette application. Une autre application, par exemple, consiste en l'évaluation des conséquences thermiques dues au port d'un système respiratoire et de protection de la tête (masque, casque, et analogues). Dans ce cas (figure 8), le mannequin se réduit à une paroi 1' en forme de tête, soumise de l'intérieur au flux d'une lampe 3'. Cette paroi comporte aux endroits de la bouche et des narines des passages de gaz 15 entre ltextérieur et l'intérieur du volume 2' délimité par la paroi, ce volume étant, au niveau du cou, raccordé pneumatiquement à un dispositif 6 capable d'introduire ou d'extraire du volume 2' les gaz simulant la respiration, en sorte que les gaz expirés par la tête sont à une température moyenne égale à celle de la paroi 1', laquelle simule' la peau du porteur du masque. La tête est de préférence portée par un socle 17 dans lequel peut être logé l'appareil 16, la commande de puissance de la lampe 3', des créateurs de vortex 4' et les appareils de lecture des thermocouples (non représentés). On donnera ci-après, à titre indicatif, quelques caractéristiques supplémentaires d'un mannequin conforme à l'invention - la paroi du mannequin a une épaisseur de l'ordre de. 0,2 à 1 mm environ - les émetteurs sont des modules dont la puissance est de 5 à 10 watts par module et dont les filaments sont linéaires. Les thermocouples sont placés suivant les règles de l'art en usage pour les évaluations physiologiques thermiques. En outre, les thermocouples supplémentaires sont disposés sur des sites privilégiés en fonction du type de vêtement, par exemple le long d'une fermeture Eclair pour tester les fuites thermiques à l'endroit de cette fermeture - le temps de réponse du mannequin est de 3 à 5 minutés, ce qui est négligeable par rapport à celui du vêtement qui est généralement de 40 à 120 minutes selon le type de vêtement. REX7 1. Elément de mannequin chauffant pour évaluations thermiques, caractérisé en ce qu'il est essentiellement constitué par une paroi mince (1,10,100) enveloppant un volume creux (2,20,200), la surface interne de cette paroi s'échauffant sous l'action du rayonnement d'un ou de plusieurs émetteurs (3,30,300) disposés dans ledit volume et réglés pour que l'échauffement soit sensiblement uniforme dans l'étendue de ladite surface. 2. Elément de mannequin selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits émetteurs (3,30,300) sont disposés sur le lieu de points les plus équidistants de ladite surface interne. 3. Elément selon l'une des revendications 1 et2, caractérisé en ce que les émetteurs (3,30,300) sont modulés en puissance pour que, compte tenu de leur distance moyenne à ladite surface interne, le flux reçu par cette surface soit uniforme. 4. Elément selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les émetteurs (30) sont disposés suivant un axe dudit volume. 5. Elément selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les émetteurs (300) sont disposés suivant une mosaïque dans un plan. 6. Elément selon l'une des reVendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un ou des émetteurs (3) sont disposés dans une zone centrale dudit volume. 7. Elément selon l'une des revendications 1- à 6, caractérisé en ce que lesdits émetteurs (3,30,300 sont des lampes à incandescence qui éclairent uniformément ladite surface. 8. Elément selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite surface interne constitue un corps noir. 9. Elément de mannequin selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que des moyens (4,5) sont prévus pour créer dans ledit volume une convection générale forcée. 10. Elément selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent des émetteurs (5) de gaz comprimé réalisant des tourbillons. 11. Elément selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite paroi (1,10,100) comprend une couche venue de moulage dans sa forme définitive. 12. Elément selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite paroi (1,10,100) comprend une nappe de matière plastique armée. 13. Elément selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite paroi (1,10,100) est maintenue en forme par gonflage. 14. Elément de mannequin selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ladite paroi (1,10,100) a une forme anatomique ou quasi anatomique. 15. Elément de mannequin chauffant selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ladite paroi (1,10,100) a une ou plusieurs des formes géométriques suivantes ; cylindrique, tronconique, sphérique, elliptique. 16. Mannequin constitué d'un ou de plusieurs éléments selon l'une des revendications 1 à 5. 17. Dispositif pour étudier les propriétés thermiques d'un vêtement, caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs éléments de mannequin selon l'une des revendications 1 à 15 ou un mannequin selon la revendication 16. 18. Dispositif selon la révendication 17, caractérisé en ce qulil comporte des eléments de mesure (9) pour déterminer la-température en divers points de ladite paroi (1,10,100) 19. Dispositif selon la -revendication 18, caractérisé en ce que lesdits éléments de mesure sont des thermocouples (9) qui sont placés à l'intérieur de ladité paroi (1,10,100) ou contre la surface externe de ladite paroi. 20. Dispositif pour évaluer les conséquences thermiques dues au port d'un système respiratoire et de protection de la tête, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément de mannequin selon l'une des revendications 1 à 15, cet élément ayant la forme d'une tête et comportant aux endroits de la bouche et des narines des passages de gaz (15) entre ledit volume déterminé (2') par ladite paroi (1') et l'extérieur dudit volume, ledit volume (2') étant raccordé pneumatiquement à des moyens (16) pour introduire ou extraire du volume des gaz simulant la respiration.