Brevet FR2901118A1 — publié le 20071123

La présente invention concerne notamment le domaine de la mesure de température de parties du corps et a plus particulièrement pour objet un dispositif de mesure du climat sous-vestial d'un individu du type comportant au moins un capteur de température et un capteur d'humidité. Les interventions opérationnelles et d'une façon générale toute activité humaine en environnement climatique contraignant peut induire des pathologies graves qui nécessitent une prévention. La contrainte thermique résulte des effets de l'environnement climatique lui-même, mais aussi de l'activité physique (dépense énergétique) et des contraintes thermiques imposées par les équipements, contraintes dépendant entre autres des caractéristiques thermiques de ceux-ci notamment de leur résistance thermique et évaporatoire. Ainsi, lors du port de vêtements et/ou de tenues de protection, les échanges thermiques ne se font plus de la peau du sujet vers l'ambiance mais de la peau vers le vêtement puis du vêtement vers l'ambiance, voire l'inverse. Une telle situation peut conduire à une hyperthermie avec un risque d'accident grave si l'activité n'est pas arrêtée à temps. La demande de brevet US20020013538 tente de résoudre ce problème en proposant un dispositif de contrôle des signes de santé d'un individu, tels que la pression sanguine ou la température, comportant, dans ce dernier cas, au moins un capteur de température disposé à proximité de la peau de l'individu et des moyens de transmission des signaux caractéristiques des valeurs mesurées par le capteur, ainsi que des moyens de réception et de traitement de signaux auxquels sont associés des moyens de climatisation et/ou des moyens d'alerte de l'atteinte ou du dépassement d'un seuil pouvant entraîner une pathologie, la transmission et la réception pouvant être réalisées par un réseau sans fil, par exemple de type RF. Toutefois, cette demande de brevet, d'une part, ne décrit pas la structure des capteurs de température utilisés et, d'autre part, la mesure de la température de la peau n'est pas suffisante pour déterminer un risque clinique. On connaît aussi l'abrégé du brevet JP2005126877 qui décrit un dispositif de climatisation portable par une personne auquel sont associés des capteurs de température et d'humidité, d'une part, au niveau de la peau de la personne et, d'autre part, au niveau de la surface externe du vêtement porté par la personne. Un tel dispositif présente un inconvénient majeur : en effet, la mesure de l'humidité absolue de la peau est toujours proche de la pression saturante de vapeur d'eau à la température cutanée mesurée du fait, même au repos, de la perspiration insensible, cette mesure étant donc nullement représentative de l'état physiologique de la personne qui l'utilise. On connaît par ailleurs l'abrégé du brevet JP5010826 qui décrit une structure comportant des capteurs de température ou d'humidité en divers points de la surface de la peau et comportant un support flexible rectangulaire sur lequel sont disposés des électrodes sur lesquelles reposent lesdits capteurs. Un tel dispositif comporte le même inconvénient que celui cité dans le cadre du brevet JP2005126877, à savoir la mesure de l'humidité absolue de la peau n'est nullement représentative de l'état physiologique de la personne qui l'utilise. Le but de l'invention est de résoudre les inconvénients précités en proposant un dispositif apte à mesurer des caractéristiques représentatives de l'état physiologique d'un individu. La solution apportée est selon une première caractéristique, un dispositif de mesure de température et/ou d'humidité comportant un premier capteur d'humidité et/ou un capteur de température fixé à un support, caractérisé en ce que ce support comporte deux parties entre lesquelles est placé ledit capteur. Selon une caractéristique particulière, l'une de ces parties comporte un second capteur. Selon une caractéristique, au moins l'une de ces parties est ajourée. Selon une caractéristique particulière, chacune des dites parties est constituée par un cadre ou par une grille. Selon une caractéristique favorisant la stabilité du dispositif, chacune des dites parties est constituée par une plaque et, préférablement, chacune des plaques comporte deux faces principales et quatre faces secondaires de plus petite taille, le capteur étant disposé entre deux faces principales appartenant chacune à l'une des plaques. Selon une autre caractéristique, chacune des dites deux parties comporte deux faces principales et l'une au moins des deux dimensions principales de ces parties est supérieure à l'épaisseur e de l'ensemble constitué par chacune des deux parties et le capteur. Selon une autre caractéristique, un dispositif selon l'invention comporte des moyens de transmission de signaux. L'invention concerne aussi un dispositif de mesure du climat sous-vestial d'un individu, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un et préférablement au moins quatre dispositifs selon l'invention aptes à générer des signaux représentatifs de la température et de l'humidité de l'air entourant chacun des capteurs disposés au sein de ces dispositifs. Selon une caractéristique particulière, un tel dispositif comporte en outre des 5 moyens d'acquisition et de stockage des signaux provenant de chacun des dispositifs. L'invention concerne aussi un vêtement comportant une face interne destinée à être positionnée en regard de l'individu qui le porte et une face externe opposée, et caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif selon l'invention fixé sur sa 10 face interne. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description de plusieurs modes de réalisation de l'invention au regard des figures annexées parmi lesquelles : 15 - Les figures 1 a et 1 b, montrent un schéma d'un dispositif de mesure de température et d'humidité selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 présente un schéma d'un dispositif de mesure de température et d'humidité selon un second mode de réalisation de l'invention, 20 - la figure 3 expose un schéma d'un dispositif de mesure de température et 'd'humidité selon une variante de réalisation du second mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 montre un schéma d'un dispositif de mesure de température et d'humidité selon une autre variante de réalisation du second mode de réalisation de 25 l'invention, - la figure 5 présente un schéma d'un dispositif de mesure du climat sousvestial d'un individu, - La figure 6 présente un exemple d'évolution de la pression partielle moyenne de vapeur d'eau du climat sous-vestial mesurée avec un dispositif de 30 mesure du climat sous-vestial selon l'invention. Comme montré sur les figures la et lb, un dispositif de mesure de température et d'humidité selon ce premier mode de réalisation de l'invention comporte un support 1 sur lequel sont fixés, de manière adjacente, un capteur de température 2 et un capteur d'humidité 3. Le support est constitué de deux parties principales 4 ajourées entre lesquelles sont placés lesdits capteurs 2 et 3. Chacune de ces parties à la forme d'une plaque comporte deux faces principales 5 et quatre faces secondaires 6 ainsi que des ouvertures 7 débouchant au niveau de chacune des faces principales 5. Ces deux parties principales 4 du support 1 sont solidarisées entre-elles par deux tiges 7 et 8 sur lesquelles sont fixés de façon connue lesdits capteurs 2 et 3. Afin de favoriser la stabilité du capteur lors de son utilisation pour mesurer la température et l'humidité à proximité d'un objet, la largeur 2 et la longueur L des faces principales 5 desdites parties principales 4 sont supérieures à l'épaisseur e du support 1. En l'occurrence, l'épaisseur du support est, dans ce mode de réalisation d'environ 10mm, la largeur et la longueur L de chacune des faces principales 5 étant de l'ordre de 20mm. Pour mesurer la température et l'humidité à proximité d'un individu, il suffit de déposer l'une des faces principales libres du dispositif contre la peau de cet individu, l'autre face principale libre étant contre un vêtement porté par l'individu. Ainsi, ce n'est ni la température de la peau ni son humidité qui sont mesurées mais une température et une humidité mesurées à une distance d'environ 5mm de la peau, ces valeurs étant représentatives du climat sous-vestial local. La figure 2 montre un dispositif selon un deuxième mode de réalisation de l'invention comportant un support 11 sur lequel sont fixés un capteur de température 12 et un capteur d'humidité 13. Le support est constitué de deux parties 14 ajourées constituées chacune par un cadre de forme carrée et solidarisées entre-elles par deux tiges 15, 16, les capteurs de température 12 et un capteur d'humidité 13 étant fixés à l'extrémité de petites tiges 17 fixées à leur autre extrémité à la tige 15. Afin de favoriser la stabilité du capteur lors de son utilisation pour mesurer la température et l'humidité à proximité d'un objet, la largeur . e et la longueur L du cadre sont supérieure à l'épaisseur e du support. En l'occurrence, l'épaisseur du support est, dans ce mode de réalisation d'environ 5 mm, la largeur .e et la longueur L de chacune des cadres 14 étant de l'ordre de 10 mm. La figure 3 montre un dispositif selon le deuxième mode de réalisation de l'invention mais comportant en outre des moyens 18 de transmission HF des signaux générés par les capteurs de température et d'humidité 12 et 13. La figure 4 montre un dispositif selon le deuxième mode de réalisation de l'invention mais comportant en outre un capteur de fréquence cardiaque 19 fixé à l'un des cadres 14 et destiné à être positionné contre la peau du thorax par exemple. Un autre capteur 20, par exemple un capteur de saturation en oxygène et/ou de pouls et/ou de pression artérielle, peut aussi être disposé à proximité du capteur de fréquence cardiaque 19, comme montré sur cette figure. La figure 5 présente la mise en oeuvre de plusieurs dispositifs selon l'invention pour la détermination du climat sous-vestial d'un individu. La difficulté réside dans le fait que ce climat, par exemple au niveau du tronc 25 d'un individu, est hétérogène et sa caractérisation implique la détermination de valeurs moyennes obtenues par pondération de la mesure en plusieurs sites. Cette pondération doit tenir compte de la surface cutanée explorée. Nous avons donc utilisé une technique similaire à celle employée pour la mesure de la température cutanée moyenne corporelle. Ainsi, des capteurs combinés de température et d'humidité ont été assemblés au sein d'un dispositif 21 selon l'invention de telle façon qu'ils n'entrent en contact ni avec la surface cutanée ni avec les vêtements afin de mesurer les variables thermo-hygrométriques du climat sous-vestial. Le nombre de dispositifs de mesure de la température et de l'humidité selon l'invention utilisés peut varier de 4 à 22 suivant leur localisation sur les différents segments corporels. Au-delà de 22 la précision apportée par les dispositifs supplémentaires n'est pas assez significative pour justifier la présence d'un dispositif supplémentaire. Dans le cas de la figure 5, huit dispositifs 21 de mesure de la température et de l'humidité selon l'invention ont été utilisés: ils ont été placés respectivement, pour ce qui est de Ila face antérieure de l'individu, au niveau du front, de la poitrine, de l'abdomen, de la cuisse, et de la jambe, et, pour ce qui est de sa face postérieure, au niveau du bras, de l'avant bras et du dos. Chacun de ces dispositifs est relié par liaison filaire 22 à des moyens d'acquisition et de stockage 23 des signaux provenant de chacun des dispositifs 21, ces moyens comportant en outre soit un module de type Bluetooth soit une autre liaison numérique, filaire ou non, afin de pouvoir télécharger les données enregistrées par lesdits moyens d'acquisition et de stockage 23 à l'aide de moyens de traitement extérieurs 24 tel, par exemple un ordinateur éventuellement portable. Ces moyens de traitement extérieurs 24 comportent un logiciel spécifique permettant, d'une part, l'acquisition des données enregistrées par lesdits moyens d'acquisition et de stockage 23 et, d'autre part, leur traitement, notamment le calcul de la température moyenne et de la pression partielle moyenne en vapeur d'eau du climat sous-vestial selon la procédure décrite précédemment. Le suivi de ces variables est réalisé quasiment en continu, par exemple à une fréquence de une acquisition par seconde et permet donc la détermination des seuils de température et/ou de pression partielle moyenne de vapeur d'eau pour lesquelles la contrainte physiologique atteint un seuil critique comme ceux mentionnés dans les Normes. Des algorithmes déterminés à partir des expérimentations effectuées permettent de connaître, pour chaque individu, la durée limite d'exposition pour le risque hyperthermique. Au niveau de chaque dispositif 21, la température et l'humidité relative sont mesurées. L'humidité absolue exprimée en kPa est calculée, dans cet exemple de réalisation, au niveau de chaque site par l'intermédiaire de la formule d'Antoine qui permet la détermination de la pression saturante de vapeur d'eau à la température mesurée au niveau du capteur de température. La pression partielle de vapeur d'eau au niveau du site est ensuite calculée en utilisant l'humidité relative mesurée par le capteur. Ces différentes mesures sont pondérées avec les mêmes coefficients que ceux utilisés pour la détermination de la température cutanée moyenne pour les mêmes sites de mesures. Dans le cas de ce mode de réalisation, la formule de Crawshaw et al. (1975) a été employée. Ainsi, ces calculs permettent la détermination de la température moyenne, de l'humidité relative et absolue moyenne du climat sous-vestial. La détermination de la pression partielle moyenne de vapeur d'eau du climat sous-vestial nous est apparue primordiale car les échanges évaporatoires entre l'ambiance et le climat sous-vestial sont conditionnés par le gradient de pression de vapeur d'eau existant entre le climat sousvestial et l'environnement. Ainsi, la mesure de la pression partielle moyenne de vapeur d'eau du climat sous-vestial est non seulement le reflet de la contrainte thermique résultant du stockage thermique et donc de la sudation mais aussi le reflet de l'entrave induite par les vêtements à l'évaporation sudorale. Cette évaporation sudorale est le seul moyen efficace de lutte physiologique contre la chaleur. La mesure et le suivi des caractéristiques thermiques du climat sous-vestial et notamment de la pression partielle moyenne de vapeur d'eau permet donc d'anticiper les réponses physiologiques à une contrainte thermique. Ainsi, pour une température moyenne de climat sous-vestial de 37 C, si la pression partielle moyenne de vapeur d'eau est de 6,25 kPa correspondant à la pression saturante à cette température, la thermolyse évaporatoire ne pourra plus se faire et le sujet ne pourra plus refroidir d'où un risque d'accident d'hyperthermie très élevé. Ce seuil de 6,25 kPa sera atteint bien avant le seuil de température rectale de 39 C. Cet ensemble de dispositif permet donc, d'une part, de suivre de façon non invasive la contrainte thermique imposée non seulement par l'environnement climatique et la dépense énergétique mais aussi par les équipements vestimentaires et, d'autre part, de prévenir les risques. Cette évaluation des caractéristiques climatiques du climat sous-vestial constitue un premier objectif de l'invention Un deuxième objectif consiste à utiliser le dispositif pour asservir les systèmes de refroidissement-réchauffement individuels ou collectifs, voire le chauffage ou la climatisation des locaux, aux caractéristiques climatiques du climat sous-vestial telles que décrites précédemment. En effet, la mesure de la température moyenne du climat sous-vestial et de la pression partielle moyenne de vapeur d'eau permet d'ajuster les variables de l'environnement (température, humidité, vent) selon les caractéristiques climatiques du climat sous-vestial. Par exemple, en cas de contrainte thermique chaude importante, dans le cas par exemple du port d'une tenue NRBC, on peut envisager un système de refroidissement asservi au climat sous-vestial afin d'assurer un climat sous-vestial thermiquement confortable donc peu contraignant sur le plan physiologique et efficace sur le plan thermophysiologique. Ceci permet de plus une économie d'énergie et de poids. Il pourrait en être de même avec les systèmes de réchauffement, chauffage- climatisation des locaux ou des véhicules. Un troisième objectif est la détermination des caractéristiques thermiques des équipements, principalement les résistances thermique et évaporatoire des équipements chez l'homme en activité. Ces mesures nécessitent la mesure de la pression partielle de vapeur d'eau de l'ambiance climatique et la connaissance des pertes évaporatoires en un temps donné pour la détermination de la résistance évaporatoire ; de la dépense énergétique, du stockage ou de la dette thermique et de la température moyenne de surface des équipements pour la détermination de la résistance thermique. La connaissance de la résistance évaporatoire d'un équipement et du gradient de pression partielle de vapeur d'eau entre le climat sous-vestial et l'environnement permet de quantifier les pertes évaporatoires d'origine sudorale d'un sujet soumis à une charge thermique. Ce dernier point constitue un quatrième objectif d'un dispositif selon l'invention. La figure 6 présente un exemple d'évolution de la pression partielle moyenne de vapeur d'eau du climat sous-vestial mesuré avec un dispositif de mesure du climat sous-vestial selon la figure 5 pour une personne active évoluant dans une ambiance thermique chaude, à savoir 60 C avec une humidité relative de 80%, cette personne ayant revêtu une combinaison antifeu. On se rend compte que le seuil critique de 6,25 kPa est atteint au bout d'une période très courte de 5 minutes et qu'à partir de cet instant la thermolyse par évaporation sudorale de cette personne ne s'effectue plus correctement et que sa température corporelle interne va donc augmenter très rapidement. Au bout de 20 minutes, sa température corporelle interne moyenne ayant dépassé 39 C, cette personne a dû arrêter son activité sous contrainte pour ne pas courir de risque clinique. De nombreuses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits précédemment sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les deux parties du support entre lesquelles sont positionnés les capteurs de température et d'humidité peuvent avoir une forme géométrique quelconque tels un cercle, une ellipse, un triangle, un trapèze... et lesdits capteurs peuvent être fixés directement aux dites deux parties. De plus, on peut associer, à un dispositif selon l'invention, d'autres mesures grâce à des capteurs complémentaires telles que la température rectale, les températures de ia peau, les températures de surface des équipements, la température et l'humidité ambiantes, la pression artérielle, la vitesse d'air, la pression barométrique au niveau du climat sous-vestial et au niveau de l'ambiance, la fréquence cardiaque, la saturation artérielle en oxygène (SpO2) ou le pouls et d'autres mesures physiologiques permettant la détermination des risques d'accident hyperthermique ou de déshydratation ... La température ambiante et la pression partielle de vapeur d'eau extérieure de l'environnement climatique, les températures de surface extérieure des équipements sont utiles pour la détermination des résistances évaporatoire et thermique des équipements. La mesure de la pression barométrique du climat sous-vestial est prévue dans le développement du protype afin d'évaluer, d'une part, les surpressions-dépressions voulues (ventilation en surpression par exemple) et, d'autre part, pour une éventuelle correction des pressions partielles de vapeur d'eau du climat sous-vestial. Avec un dispositif de mesure du climat sous-vestial selon l'invention et certains des 5 capteurs précités, on peut aussi déterminer : - la résistance évaporatoire d'équipements vestimentaires directement chez l'homme en activité. La connaissance du gradient de pression de vapeur d'eau entre le climat sous-vestial et l'environnement climatique d'une part et les pertes évaporatoires mesurées (différence de poids) du sujet en un temps donné permettent d'en déduire 10 la résistance évaporatoire. - le niveau des pertes évaporatoires au travers des équipements si la résistance évaporatoire de ceux-ci est connue et différente de 0, correspondant à un vêtement totalement étanche à la vapeur d'eau. - la résistance thermique d'équipements vestimentaires directement chez l'Homme 15 en activité. Cette évaluation nécessite la connaissance du gradient thermique entre le climat sous-vestial et l'environnement d'une part, la dépense énergétique et le stockage ou la dette thermique, d'autre part. REVENDICATIONS 1 Dispositif de mesure de température etlou d'humidité comportant un premier capteur d'humidité etlou un capteur de température fixé à un support, caractérisé en ce que ce support comporte deux parties entre lesquelles est placé ledit capteur. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une de ces parties comporte un second capteur. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que au moins l'une de ces parties est ajourée. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 10 que chacune des dites parties est constituée par une plaque ajourée. 5 Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des plaques comporte deux faces principales et quatre faces secondaires de plus petite taille et en ce que le capteur est disposé entre deux faces principales appartenant chacune à l'une des plaques. 15 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacune des dites parties est constituée par un cadre ou par une grille. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacune des dites deux parties comporte deux faces principales et en ce que l'une et préférablement les deux dimensions principales de ces faces principales est 20 supérieure à l'épaisseur e de l'ensemble constitué par chacune des deux parties et du capteur. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de transmission de signaux. 9 Dispositif de mesure du climat sous-vestial d'un individu comportant au 25 moins quatre dispositifs selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 aptes à générer des signaux représentatifs de la température et de l'humidité de l'air entourant chacun des capteurs disposés au sein de ces dispositifs. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, des moyens d'acquisition et de stockage des signaux provenant de chacun 30 des dits au moins quatre dispositifs. 11 Vêtement comportant une face interne destinée à être positionnée en regard de l'individu qui le porte et une face externe opposée, et caractérisé en ce qu'il comporte au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.