- 12 novembre 2018 -


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Equipement de bivouac pour le froid

Dimensionnement des équipements de bivouac

  1. Conditions
  2. Hypothèses de calcul
  3. Applications
  4. Références
  5. Annexes
  6. Vécu

Conditions

Définir l’épaisseur de matelassage nécessaire pour des combinaisons et des sacs de couchage destinés au bivouac dans le froid.

Hypothèses de calcul 

Pour calculer les épaisseurs d’isolant, on considère qu’on est en air calme (pas de convection forcée) et que seules les pertes par conduction sont prises en compte. Dans ces conditions, l’écart de température que procure un isolant entre ses faces externes est proportionnel à puissance dégagée par le corps multipliée par la résistance thermique de l’isolant.  
Hypothèse non vérifiée : les coefficients de transmission/réflexion des matériaux pour les radiations infra-rouge (proche ou lointain) étant inférieurs à 1, les isolants en présence ne peuvent pas augmenter les pertes par rayonnement ????? On ne les considère donc pas.  

La puissance dégagée par le corps est liée au métabolisme de base (1) et au coefficient d’activité (1) qu’on prendra égal à 1 pendant le sommeil et 1, 4 pendant les phases statiques.  

La densité de puissance par unité de surface corporelle est constante (certainement pas vrai)  

La conductibilité thermique des isolants (duvet ou synthétique) est de l’ordre (5b) de 0.04 W/°K.m  

Les formules retenues pour les calculs sont :

d’où l’on tire : e = C . S . (31 – T) / PT

Applications

Dans un premier temps, on calcule l’épaisseur d’isolant pour la combinaison en se basant sur le coefficient 1,4 (phase statique) appliqué au métabolisme. Puis, partant de cette épaisseur, on calcule à quelle température extérieure cela correspond si le coefficient passe à 1 (sommeil). En dernier, on calcule l’épaisseur du sac de couchage pour l’écart de température qu’il doit maintenir ; ici 30 – 5.4 = 24.6 °C.

Ah les femmes, il leur en faut toujours plus !

Calcul des épaisseurs

L’isolant est du duvet d’oies

On prend du duvet de coefficient de qualité 800 cu.in. Dans ces conditions, la masse de duvet au m² et par cm d’épaisseur à utiliser est :
M = 28.35 . 1 . 1 / (800 . 0.0254 3) = 21.6 g/m².cm

NOTA : si on prend cette valeur, c’est que l’on considère que le duvet possède tout son gonflant dans l’utilisation qui en est faite. Dans la pratique, on s’aperçoit que les quantités de duvet employées sont supérieures. Quel coefficient utiliser ? Je vais me référer à une compilation statistique réalisée dans le Wiki de R.L. (3) en rapport avec les sacs de couchage. On y trouve que :

TC°C= - 0.0413 . ICkg.cuin+ 14.1 où :

TC est la température de confort et IC est l’indice de chaleur égal au produit de la masse de duvet par son coefficient de qualité.

Si je prends une valeur de –20 ° pou TC, alors on trouve un IC de :

IC = (14.1-TC) / 0.0413, soit IC = (14.1 + 20) / 0.0413 = 825.

Si le facteur de qualité est de 800, alors cela correspond à 825 / 800 = 1032 g de duvet.

Un sac de couchage pour une taille moyenne a une surface de duvet de l’ordre de 3 m², d’où une masse de duvet de 344 g/m². La formule de température de confort donne pour cette température une épaisseur de 7.2 cm, d’où une densité de 344 / 7.2 = 47.8 g/m².cm. A comparer aux 21,6 g/m².cm trouvés plus haut, on en déduit un coefficient de 47.8 / 21.6 = 2.21. Je retiens cette valeur pour le calcul des poids de duvet de coefficient de qualité égal à 800 cu.in.

Et encore une fois, Ah les femmes, il leur en faut toujours plus !

Normal si on considère que la métabolisme de base est dans le rapport indiqué.

L’isolant est un synthétique (Primaloft)

On a vu que pour le duvet, la pratique retient un coefficient de 2.21. Qu’en est-il pour le synthétique. Établir une liste comparative sur les sacs de couchage utilisant cet isolant comme l’a fait RL pour les sac remplis de duvet ? Le problème est beaucoup plus compliqué car de multiples sortes d’isolants synthétiques sont utilisés. La qualité d’un duvet est principalement liée à son "cu.in". Je ne connais pas de critère permettant de classer les isolants synthétiques entre eux.

J’ai toutefois fait une liste à partir de ce que j’ai vu au "Vieux Campeur" et notamment à partir de sacs de couchage "The North Face" et "Mountain Hardware" . Ces marques indiquant le poids d’isolant utilisé. Les résultats sont très dispersés. On peut retenir la formule :

TC°C= 35 – 0.094 . MSg/m² pour les sacs MountainHardware

Si je reprends mon exemple pour –20°C, je trouve un poids de garnissage de 585 g/m², soit 81.3 g/m².cm

Le Primaloft One a une densité de 71.4 g/m².cm et le Primaloft Sport une densité de 52.6 g/m².cm. D’où les coefficients pour chacun de ces isolants :

Ces coefficients me paraissent faibles, cela supposerait qu’il n’y a pas ou très peu d’écrasement. Voir les poids que l’on obtient dans le tableau ci-dessus.

Références

  1. Métabolisme de base :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Métabolisme_de_base
  1. Surface corporelle :
http://www.sfmu.org/calculateurs/SC_Boyd.htm
  1. Calculs sur sacs de couchage :
http://www.randonner-leger.org/wiki/doku.php?id=choisir_son_sac_de_couchage
  1. Isolation vestimentaire :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Isolation_vestimentaire
  1. Conductivité thermique :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivité_thermique ,
http://www.jecothermise.com/materiaux.php

Annexes

Mon sac de couchage terminé

Et voilà le travail. Douze jours de boulot (pleins), à réfléchir, calculer, couper, coudre, remplir de duvet. En définitive, je l’ai rempli de 550 g de duvet (800 cuin) avec quelques grammes de plus pour la boîte à pieds (la footbox comme on dit). Ça devrait être l’équivalent d’un -5 °C confort. Il pèse 918 g dans un sac de compression de ... 18 g et qui fait 9.4 litres (je n’ai pas beaucoup compressé) ! Il est spacieux, je pourrai y rentrer avec une combinaison telle que décrite ci-dessus pour affronter des froids de -30°C brrrrr !

Le sac est réalisé à partir de  nylon-ripstoppour l’extérieur,  nylon-ripstop-quantumpour l’intérieur, de l’organza pour les séparations des compartiments et duvetde 800 cuin pour le remplissage.


Sac couchage
Sac compression


Vidéo sur la manipulation du duvet d’oies




Ma combinaison terminée

Ouaaahhh !. Plein de jours de boulot (mais quand on aime, on ne compte pas), à re-réfléchir, re- calculer, re- couper, re- coudre, re- remplir de duvet. Remplie de 400 g de duvet (800 cuin), elle devrait permettre de rester au bivouac par -20 °C confortablement. Elle pèse 775 g.

Elle est composée des mêmes matériaux que le sac de couchage.


Combi_face Combi_dos Combi_profil
Vue de face, combinaison ouverte. Un élastique, de longueur réglable, fixé sur la face interne (pour ne pas écraser l’isolation à ce niveau) permet de mieux maintenir la combinaison au niveau de la taille. Le col, qui se trouve généralement en contact de la peau est en polaire pour ne pas ressentir le froid du tissu (du vécu). Vue de dos. L’ample ouverture ("Drop Seat" en anglais) permet de faire ses besoins sans avoir à se dévêtir. Ce n’est plus un rêve, je suis dedans. On voit la fermeture d’aisance arrière. Elle est assez basse pour ne pas découvrir les reins. La fermeture descend jusqu’aux genoux afin que toute la partie ouverte puisse être aisément escamotée vers l’avant..



Pour compléter la combinaison, il faut penser à tout ce qui en dépasse : la tête, les mains et les pieds. Voici de quoi les couvrir.


Capuche_01 Capuche_02
La combinaison étant faite pour le bivouac, la capuche aussi. C’est la raison pour laquelle, celle-ci n’a pas d’avancée au-devant du visage. Un petit cordon ajustable permet de la resserrer autour du visage pour la nuit. La capuche peut s’ouvrir sur la bas par un velcro afin de laisser un large passage pour boire et manger. Elle est fixée à la combi par 5 boutons pressions. Son rembourrage (même duvet que le combi) commence la où celui du col se termine. Elle pèse une quarantaine de grammes On voit deux petits éléments noirs autour de la bouche.
A droite, un détecteur-correcteur automatique d’humidité relative pour réguler la température de l’air respiré. Il est relié (fil noir descendant) à un pulmono-cardio détectant le bien ou mal être.
A gauche, un micro-alarme couplé à un GPS situé au fond de la capuche. Il peut être couplé (automatiquement ou non) à l’élément de droite pendant le sommeil afin de prévenir-assurer les secours en cas de malaise.
Bon, voilà, voilà ...


Moufle_01 Chausson_01
Moufle_02
Toujours pour le bivouac, ces moufles n’ont pas de pouce. C’est un simple fourreau. Cependant, une ouverture transversale en sifflet (au milieu en vert) permet de sortir la main pour une opération quelconque. Quand le sifflet est fermé, les deux bords se recouvrent parfaitement ne laissant pas l’air passer. L’intérieur est garni de laine polaire. Les moufles sont remplies du même duvet que la combi, mais avec un coefficient deux afin d’éviter les écrasements dus aux mouvements des mains. Un poignet en laine polaire élastique les maintient en place.
Il n’y a ni main gauche ni main droite, ce sont les mêmes. C’est bien pratique, non ?
La paire pèse environ 110 g.
Encore pour le bivouac. Toujours même duvet. Seul le bout du pied est garni avec un coefficient deux. Afin de maintenir le chausson en place, il est cousu sur un mi-bas Comme pour les moufles, ni gauche ni droite (faudra trouvé d’autres sujets de discussion ! ), Cela simplifie les choses.
La paire pèse environ 180 g (la faute aux chaussettes).


Enfin, pour parfaire la panoplie du petit explorateur, on va lui rajouter des surbottes qui lui permettront de vaquer autour du bivouac.

SurBotte_Détail_01 SurBotte_Détail_02
Chaque botte est réalisée en trois parties : la chaussure, la semelle intérieure et la botte. Le chaussure et la semelle intérieure sont réalisées à partir de découpes dans un matelas de sol aluminisé une face de 1 cm d’épaisseur de chez D4. On a donc déjà sous le pied 2 cm d’épaisseur. Les deux parties de la chaussure (semelle et corps) sont assemblées avec du Duke Tape.
Une sangle en Velcro partant de l’intérieur de chaque côté de la surbotte permet le maintien au pied (comme les lacets d’une chaussure).
La surbotte est réalisée avec de la toile ripstop de 90 g/m². Elle est doublée sur 10 cm de hauteur en partie basse. Elle s’ouvre/ferme par une fermeture éclair située à l’avant. La semelle est réalisée à l’aide de tapis de sol pour intérieur de voiture ; ça fait 3 mm d’épaisseur et le dessous à un aspect caoutchouc granuleux. NOTA : Lors de la couture de la botte sur la semelle, veiller bien à éloigner toute personne sensible à la maltraitance des machines à coudre (APMC Rire).
Chaque surbotte complète pèse 140 g.


Et voilà ce que cela donne :

Surbotte_Face Surbotte_Côté
Ces surbottes sont faites pour être portées avec la combinaison et les chaussons ci-dessus décrits. A l’intérieur de la chaussure de la surbotte, le chausson (rempli de duvet) est partiellement écrasé. C’est la matière de la chaussure qui joue le rôle d’isolant. Le duvet du chausson reprend tout son volume pour les parties qui sortent de la chaussure. Les petits rectangles blancs sont les coutures d’attache des sangles en Velcro.


Vécu

Ces équipements ont été utilisés au Spitzberg pendant 3 semaines au mois d’Avril 2011 en autonomie et en bivouac lors d’un aller-retour au Newtontoppen.

Sacs de couchage


Vé et Marc


Chacun de nous a utilisé son sac de couchage toutes les nuits. Les minima de températures extérieures relevés ont oscillé de –28°C à – 5 °C. Nous avons fait très attention à bien respirer à l’extérieur des sacs, soit avec une cagoule (Marc et moi-même), soit avec une petite serviette éponge remontée sur le visage (Vé). Dans ces conditions, aucun des trois sacs n’a subi de dommage (gel de duvet) lié à la respiration ou à la perspiration, aucun n’a perdu de son gonflant sur les trois semaines.

Exception 
 : dès le premier jour, le fond du mien (foot-box) était gelé ; le duvet formait quelques boules compactes localisées. Je n’ai pas compris pourquoi (d’autant que j’ai tendance à dormir un peu en chien de fusil et que je dormais avec des chaussettes sèches). Bien que certains soirs j’ai essayé de décompacter les boules de duvet, celles-ci ne se sont jamais disloquées jusqu’au jour de repos (mi-parcours) ou j’ai mis une bouteille d’eau chaude dans mon sac pendant toute une journée. A la suite, aucune boule ne s’est reformée et la foot-box avait repris son gonflant.

Personnellement, j’ai trouvé que la coupe des sacs de couchage était un peu trop spacieuse dans le bas. En la rétrécissant un peu, j’aurais pu récupérer un peu de duvet pour le redistribuer dans tout le sac. Vé et Marc ont trouvé que c’était bien car ils mettaient des affaires dans le fond.

Combinaisons


Combi_Vé Combi_Pierre


Marc n’a pas utilisé la sienne,
Moi, je l’ai utilisé les deux nuits les plus froides (< -20°C),
Vé la mettait toutes les nuits.
Les conditions étaient les mêmes que pour les sacs de couchage et nos deux combinaisons n’ont pas pris d’humidité ni perdu de leur gonflant.

Moufles


J’ai mis les moufles plusieurs nuits, bien que de simples gants auraient suffi et j’avais un peu trop chaud aux mains. Pour autant, elles ne se sont pas remplies de vapeur d’eau et ont gardé leur gonflant.
Le système de fente pour sortir les doigts devrait être remonté d’un ou deux centimètres vers les doigts afin de les extraire/rentrer plus facilement.

Chaussons


Peut-être que je me suis trompé lors de la quantité de duvet à y inclure car globalement ils manquaient de gonflant. Pour ma part, je n’ai jamais eu froid avec. Les chaussettes sont difficiles à bien enfiler si on a les pieds humides.

Sur-bottes


Bien pratiques et chaudes. Toutefois, comme je le pensais, la construction interne n’était pas assez robuste et quelques collages des isolants (dessus de pied sur semelle) se sont défaits. De ce fait, la tenue du pied pour marcher dans la neige s’est dégradée. Il faut que j’allonge les scratches faisant office de lacets.

Les remarques globales de Véronique :

    
" Pour la combi : rien à changer ; très agréable (sensation de chaleur au bout de 5 secondes) ; je n’ai pas utilisé la ceinture avec le clip à l’intérieur, donc pas d’avis à ce sujet. La fermeture à l’arrière : très pratique , ne s’est jamais coincée ; j’avais rajouté un petit bout de cordelette aux 2 tirettes de la fermeture éclair (plus pratique). La combi apportait même par températures assez clémentes un confort supplémentaire que j’ai bien apprécié. Il est vrai que j’aurais pu peut-être m’en passer.
Pour le duvet : rien à dire ; parfait. Je le laissais parfois un peu ouvert, puisque j’avais aussi la combi.
Les moufles : bien utiles ; je les ai gardées presque toutes les nuits et finalement assez pratiques, même pour lire, en ne laissant passer que le pouce.
Les chaussons : utilisés que 2 nuits ; mais j’avais froid aux pieds et j’ai préféré garder 2 paires de chaussettes.
Par contre, les surbottes : très bien, pour moi elles ont résisté tout le séjour à un usage intensif, même pour marcher avec ; sinon, dans la tente, çà faisait une couche supplémentaire contre le froid. A voir pour la solidité sur une plus longue durée.
Si tu veux vraiment un point discutable, je n’ai que l’épingle à rappeler ... ". Aïe, aïe, aïe, épisode qui aurait pu avoir du piquant. En effet, lors du montage des combinaisons, j’ai utilisé moult épingles et quelques-unes sont tombées entre les parois interne et externe, noyées dans le duvet. Heureusement, aucun de nous n’a pas eu à en souffrir car on les a trouvées (a priori pas toutes !) autrement qu’en se piquant les fesses par exemple. C’est au bout des trois semaines de bivouac en rangeant sa combi que Véronique s’est aperçue qu’il y en avait encore une.
Les remarques globales de Marc : 

"Je n’ai pas utilisé la combinaison car j’avais assez chaud sans. Par contre j’ai vraiment bien apprécié le duvet, les chaussons et les surchaussons (idem que Vé : solidité du collage)."

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