La température humide noire (WBGT) mesure plus directement la température en rapport avec le risque de maladie liée à la chaleur pour une personne, en prenant en compte les effets de la température de l'air, de l'humidité relative, de la vitesse du vent et de la chaleur rayonnante. La température humide noire (WBGT) est la moyenne pondérée de la température humide, du thermomètre globe noir et de la température de l'air, où WBGT = 0,7Tw + 0,2Tg + 0,1Td.
Les employeurs ayant des travailleurs exposés à des risques de maladies liées à la chaleur sont tenus par l'OSHA d'établir un programme complet de prévention contre ces maladies. Conformément à un tel programme, un employeur doit disposer de moyens adéquats pour mesurer et surveiller les facteurs de contrainte thermique.
L'OSHA a publié des documents d'orientation, tels que le guide de 42 pages « Using the Heat Index: A Guide for Employers » ; cependant, la réglementation spécifique régissant la contrainte thermique est l'OSHA 29 U.S.C. § 654, 5(a)1.
« Chaque employeur doit fournir à chacun de ses employés un emploi et un lieu de travail exempts de risques reconnus susceptibles de causer la mort ou des dommages corporels graves à ses employés. »
Aux États-Unis, 3 442 personnes sont décédées de maladies liées à la chaleur entre 1999 et 2003, et entre 1992 et 2006, 423 décès concernaient des travailleurs américains. Rien qu'en 2014, 2 630 travailleurs ont souffert de maladies liées à la chaleur et 18 en sont morts [Département du Travail des États-Unis].
Entre 2012 et 2013, les maladies liées à la chaleur de 20 personnes, dont 13 sont décédées, ont entraîné des citations fédérales. Il a été constaté que 13 des 20 employeurs n'avaient pas intégré d'approche pour identifier le risque de maladie liée à la chaleur (par exemple, l'indice de chaleur) dans leur programme de prévention [CDC].
La maladie liée à la chaleur est causée par une contrainte thermique non compensable. Cela se produit lorsque le taux de chaleur générée dépasse le taux auquel elle est dissipée. La « combustion » de l'oxygène et de l'adénosine triphosphate est le principal moyen par lequel le corps humain convertit l'énergie chimique en énergie cinétique. Cependant, jusqu'à 80 % est converti en chaleur. De la même manière, lorsque l'oxygène et l'essence brûlent dans un moteur, la majorité de l'énergie est également convertie en chaleur.
Lors d'un travail de bureau, le corps humain génère la puissance de deux ampoules de 60 watts (dont l'impatience lors du remplacement nous rappelle qu'elles peuvent devenir assez chaudes). Cependant, lors de travaux de construction lourds, le corps peut générer jusqu'à 500 watts. Si la contrainte thermique est non compensable, la température corporelle centrale augmente et une maladie liée à la chaleur se développe.
Le coup de chaleur d'effort est une catégorie mortelle de maladie liée à la chaleur dans laquelle la température corporelle dépasse 40 °C (104 °F). La personne peut d'abord ressentir des maux de tête, une sécheresse cutanée, une respiration accrue, une accélération du rythme cardiaque, des nausées, de la confusion et des étourdissements.
Parmi de nombreux autres facteurs, les conditions environnementales telles que la température, l'ensoleillement, le vent et l'humidité dictent la capacité du corps à dissiper la chaleur. La température humide noire mesure plus spécifiquement la température en relation avec ces conditions environnementales.
La température de l'air, généralement notée Td, TA ou simplement T, est une mesure incomplète de la chaleur environnementale. Elle mesure l'énergie cinétique associée au mouvement des molécules d'air. Ce type de transfert d'énergie se produit par conduction. Les mesures de la température de l'air ne parviennent pas à capturer le transfert de chaleur par vaporisation, rayonnement et convection.
La température humide, notée Tw, est une mesure de la température affectant le puissant processus de refroidissement par évaporation. La transpiration, et dans une mesure minimale la respiration, est le moyen par lequel le corps humain dissipe la chaleur par refroidissement évaporatif. Cela se produit en raison de la force intermoléculaire de l'eau, connue sous le nom de force de Van der Waals. Les atomes d'hydrogène des molécules d'eau sont faiblement attirés par les atomes d'oxygène des molécules d'eau adjacentes. Lorsque l'évaporation se produit, l'énergie associée à cette attraction doit être surmontée afin de séparer les molécules. Cette force, similaire à celle consistant à séparer deux aimants, est connue sous le nom d'enthalpie de vaporisation.
L'eau a une enthalpie de vaporisation très élevée de 15 kilocalories par once (environ 28 g). Théoriquement, pour chaque once de sueur qui s'évapore, elle emporte avec elle 15 kilocalories de chaleur. À titre de référence conceptuelle, une perte de 15 kilocalories suffit à refroidir environ 27 kg d'eau de 1 °F.
L'humidité désactive le processus d'évaporation. Il existe une quantité maximale de vapeur d'eau pouvant occuper un volume d'air ou de vide donné. Cette capacité est basée sur la pression de vapeur d'équilibre de l'eau. L'humidité relative est la valeur en pourcentage de la pression de vapeur partielle par rapport à la pression d'équilibre à une température donnée. En d'autres termes, l'humidité relative est l'humidité comparée à la capacité d'humidité.
En fait, à mesure que l'humidité relative augmente, le taux d'évaporation diminue et l'efficacité du refroidissement évaporatif par la sueur diminue. Le refroidissement par évaporation ne peut pas se produire avec une humidité relative proche de 100 %.
La température officielle la plus élevée sur Terre a été enregistrée à Death Valley, en Californie, en 1913. La température de l'air était de 56,7 °C (134 °F). Hypothétiquement, si l'humidité relative avait été de 13 % ce jour-là, la température humide aurait été de 29 °C (85 °F).
Comparez cela à la température humide équivalente de 29 °C (85 °F) du 13 juillet 1995 lors de la vague de chaleur meurtrière à Chicago, qui a tué 739 personnes. La température de l'air n'était que de 37 °C (99 °F).
La température humide est la température qui prend en compte la réduction du refroidissement évaporatif due à l'humidité relative. Un appareil WBGT intègre également des instruments pour capturer la chaleur acquise par rayonnement et capture partiellement la perte de chaleur par le vent, connu sous le nom de température de globe, de globe noir ou de température radiante moyenne, généralement notée Tg.
Alors que la température de l'air et la température humide mesurent le transfert d'énergie thermique par conduction et vaporisation, le globe noir prend en compte le transfert de chaleur par rayonnement électromagnétique et convection.
Le corps humain émet un rayonnement infrarouge et réabsorbe le rayonnement provenant de l'environnement. Dans un environnement typique, une perte nette d'environ 100 watts de chaleur corporelle se produit via le rayonnement IR. Cependant, en présence de soleil, d'asphalte chaud ou d'un four, les sources supplémentaires de rayonnement électromagnétique entraînent un gain net important.
L'asphalte noir absorbe plus de 90 % de l'énergie lumineuse du soleil et réémet un rayonnement infrarouge. Selon la loi de Stefan-Boltzmann, un parking à 63 °C (145 °F) émet 650 W/m2. Théoriquement, 650 W/m2 est une puissance suffisante pour chauffer 45 kg d'eau de 7,7 °C (14 °F) en 1 heure (sur 2 m2).
En plein soleil et au niveau de la mer, une personne peut recevoir environ deux fois cette quantité de rayonnement sous forme de lumière infrarouge, visible et UV (respectivement 53, 42 et 4 %). L'irradiance solaire diminue en fonction de l'angle dû à la situation géographique, à la saison et à l'heure de la journée. Le globe noir mesure cet effet radiatif.
Le vent, cependant, contrecarre les effets de la chaleur accumulée par rayonnement via la convection. Étant donné que le vent accélère l'échange thermique entre l'air et le globe noir, il sert à refroidir le globe comme il servirait à refroidir le corps. Cependant, sur le corps, le vent sert en outre à accélérer le processus d'évaporation. Par conséquent, la température du globe noir ne capture que partiellement les effets de refroidissement convectif du vent. Comment choisir un appareil de mesure WBGT adéquat ? Vérifiez l'instrument et vérifiez le fabricant.
Pour un véritable appareil WBGT, il est important de vérifier que l'appareil est équipé d'un paramètre Globe Noir en plus de la fonction température humide. Lors de l'examen des spécifications, rappelez-vous qu'il ne s'agit pas seulement de la plage d'humidité et de température ; il s'agit d'une plage d'humidité sur le domaine de température. En d'autres termes, si la plage Tw maximale est de 49 °C (120 °F) et que la plage Td maximale est de 60 °C (140 °F), cela pourrait signifier que dans des conditions d'humidité relative de 5 %, la plage de température humide n'est en réalité que de 26 °C (79 °F) et non de 49 °C (120 °F). Clarifiez cette spécification avec le fabricant.
Un appareil doté d'une fonction d'enregistrement de données ou de transmission de données sans fil est avantageux, car les données sont utiles pour les organismes de réglementation et d'accréditation et sont essentielles à la validation et à la vérification de votre programme de prévention des maladies liées à la chaleur.
Confirmez que l'instrument est fourni avec un Certificat d'étalonnage traçable NIST selon les critères de test ISO/IEC 17025. Par conséquent, assurez-vous que l'instrument est accompagné d'une garantie et d'une politique de retour sécurisée.
Déterminez si le fabricant dispose d'un programme de qualité établi. En plus des accréditations et des années d'expérience, les indications d'un programme de qualité robuste incluent la capacité d'un fabricant à répondre aux questions scientifiques et réglementaires. Un fabricant doit être prêt à répondre rapidement aux questions concernant le fonctionnement, la qualité, les spécifications, la validation et la réglementation. Une mesure supplémentaire d'un département de qualité établi est la capacité d'effectuer des étalonnages, le développement de méthodes et des tests de preuve de concept pour ses clients.