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CA 02280977 1999-08-03
WO 98/34505 PCT/FR98100197
MATERIAU TEXTILE COMPOSITE DE PROTECTION DU CORPS HUMAIN CONTRE LA
CHALEUR
L'invention concerne un matériau textile composite de protection du
corps humain contre la chaleur, en particulier permettant d'accroître
l'efficacité de la ventilation de surface du corps humain en vue d'assurer le
confort ou même la survie d'un individu en environnement chaud ou très.
chaud.
La thermorégulation du corps humain en environnement chaud
s'appuie essentiellement sur l'abaissement.de la température de la peau,
par conduction, convection, rayonnement et évaporation de la sueur, et
dans une moindre mesure, par convection et évaporation au niveau des
poumons.
Lorsque le climat existant ou le micro-climat créé près du corps
(essentiellement température et humidité) limite les échanges décrits
précédemment jusqu'à compromettre le confort ou même la survie de
l'individu, on a recours à deux procédés
al la ventilation d'un air sec et relativement frais Qusqu'à 4 à 5°C en
dessous de la température de la peau) ;
b/ le contact d'un corps,à forte chaleur massique ou à forte chaleur latente
de transformation, ce corps ayant préalablement été refroidi.
Le premier procédé est particulièrement avantageux à trois points de
vue : efficacité, souplesse d'utilisation et confort ; le second procédé est
généralement limité, au cas où l'environnement ne permet pas de disposer
d'une source d'air sec et relativement frais. Toutefois, mëme les systèmes
actuels basés sur la ventilation d'air ne sont pas entièrement satisfaisants,
d'une part parce que le bilan énergétique peut s'avérer médiocre dans
FEtïILLE DE REMPLACEMENT (REGLE 26)
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certains cas : il existe par exemple un rapport de 1 à 10 entre la puissance
utile et la puissance fournie dans le cas de la climatisation d'un individu
dans un habitacle de voiture. Par ailleurs, une consommation d'air non
optimisée dans le cas de l'utilisation d'un équipement de protection contre
les agressions chimiques, biologiques, nucléaires ou thermiques (tenue
anti-feu) nuit à son autonomie. En effet, les risques d'hyperthermie ou
d'apparition de sueur liquide pouvant provoquer des lésions en cas
d'exposition à des températures élevées nécessitent l'utilisation d'appareils
de ventilation ou de climatisation relativement lourds ou encombrants ou
limitent la durée de l'intervention de l'individu portant cet équipement.
II serait donc bon de disposer d'un système permettant d'améliorer
l'efficacité de la ventilation du corps humain, en particulier en entretenant
des conditions particulières de 'température et d'humidité sur des zones
privilégiées du corps humain comme le torse, les bras, les cuisses, ie
95 crâne, le dos et en tout état de cause, sur une surface suffisante pour
évacuer la puissance nécessaire en fonction de la résistance thermique de
la peau, à l'aide d'un équipement individuel à relier à un appareil de
ventilation ou de climatisation extérieur, personnel ou collectif,
fonctionnant
dans des conditions modérées. De telles conditions modérées consistent
en particulier à fournir à l'équipement individuel un air sec et frais à
faible
débit, avec un échappement d'air humide et chaud, et une perte de charge
résultant de la circulation de l'air dans l'équipement individuel qui doit
être
minimale (par exemple inférieure à 800 . Pa). Dans le cas où l'ambiance
extérieure le permet, la ventilation naturelle générée par les mouvements
du porteur peut être suffisante et ne pas nécessiter de ventilation forcée.
Le problème est résolu selon l'invention en utilisant pour la
réalisation de l'équipement individuel un matériau textile composite,
comprenant essentiellement
- une zone externe assurant une fonction d'étanchéité,
- une zone intermédiaire permettant la circulation d'un flux d'air et
- une zone interne assurant le transfert de masse et le transfert thermique
de l'individu vers la zone intermédiaire.
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Pour les besoins de la présente demande de brevet, le qualificatif
« externe » désigne un élément faisant face directement ou indirectement à
l'environnement dans lequel est plongé l'individu tandis que le qualificatif
« interne » désigne un élément faisant face directement (au contact de la
peau) ou indirectement (contact avec un vêtement) à l'individu.
Pour réaliser une telle structure de matériau composite, on utilise
avantageusement un textile tridimensionnel soit seul soit en combinaison
avec d'autres textiles.
Les textiles tridimensionnels sont des produits relativement
nouveaux et sont constitués de deux étoffes réunis par des fils de liaison.
De manière générale, les fils de liaison de textile tridimensionnel ont des
propriétés de taille, de résilience et de densité telles qu'ils permettent
d'obtenir un matériau textile ayant une épaisseur relativement constante
pour un tissu donné mais que l'on peut fixer par exemple entre 3 et 30 mm,
95 ou même plus. A l'heure actuelle, les tissus tridimensionnels trouvent des
applications dans le domaine des vêtements de protection en raison de leur
propriété anti-chocs ou de la présence d'une lame d'air dans leur volume
interne (protection anti-feu).
Les fils de liaison du tissu tridimensionnel, qui sont par exemple en
polyamide, assurent en raison de leur module de flexion et de leur densité,
une bonne résistance à la compression dans le sens perpendiculaire au
tissu en permettant de maintenir une circulation d'air dans le tissu
tridimensionnel, même au niveau d'éventuels points de compression, ainsi
qu'une faible perte de charge. Ces deux caractéristiques sont particulières
aux tissus tridimensionnels et ne se retrouvent pas dans les mousses, par
exemple de type polyuréthanne, utilisées de manière classique comme
matériau de rembourrage. D'autre part, les fils de liaison captent la sueur
liquide et en favorisent l'évaporation.
Le matériau selon l'invention peut donc être constitué d'un tissu
tridimensionnel simple, formé de deux étoffes ou tissus, dissymétriques
quant à leur composition ou d'un tissu tridimensionnel « symétrique
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auquel on adjoint les étoffes ou tissus assurant les fonctions d'étanchéité et
de transfert nécessaires.
La fonction étanchéité qui a pour objectif principal de limiter les
fuites d'air circulant dans le tissu tridimensionnel est assurée par un tissu,
éventuellement enduit (par exemple un tissu de polyester enduit de
polyuréthanne). Ce tissu peut constituer la face externe du tissu
tridimensionnel, ou peut être un tissu complémentaire de la face externe du
tissu tridimensionnel. La fonction étanchéité ne doit pas être totale si le
tissu est utilisé pour la fabrication d'un vêtement car la couche externe doit
90 pouvoir permettre suffisamment d'échange entre le corps et
l'environnement pour autoriser le port de l'équipement lorsqu'il n'y a pas de
circulation d'air dans la zone intermédiaire.
La fonction transfert est assurée par une couche interne, par
exemple un tissu ou un tricot, en fibre de type polyester, polyamide ou
polyacétate ou un de leurs mélanges, traité de façon hydrophile, et
présentant un bon pouvoir de transfert de liquide, un bon pouvoir de
séchage et une bonne perméabilité à la vapeur d'eau. Cette couche interne
peut constituer la deuxième face du tissu tridimensionnel ou un élément
dissocié de celle-ci. Dans ce dernier cas, il est préférable que la deuxième
face du tissu tridimensionnel soit suffisamment ajourée pour ne pas freiner
le transfert thermique et le transfert de masse entre l'intérieur du tissu
tridimensionnel et le matériau constituant la couche interne.
Un tel matériau textile est utilisé. sous forme par exemple d'un
vêtement couvrant certaines parties du corps ou sous forme d'un
revêtement de siège ou de couchage, ce revëtement étant alors en contact
avec un individu habillé ou non. Dans les deux cas, la circulation de flux
d'air se fait par l'intermédiaire d'un diffuseur situé après un raccord
d'admission d'air, et un collecteur situé avant un raccord d'échappement.
Le diffuseur et le collecteur sont créés dans l'épaisseur du matériau textile
composite par des coutures continues ou non qui canalisent le flux d'air. De
la même manière, à l'aide de coutures continues ou non, on peut créer
entre le diffuseur et le collecteur des chemins préférentiels pour distribuer
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l'air frais et sec selon une circulation préétablie. Un diffuseur, un
collecteur
et éventuellement des chemins préférentiels peuvent également ëtre créés
d'une manière similaire dans un revëtement de siège ou de couchage.
Le matériau textile composite et les produits qui en sont fabriqués
5 selon la présente invention assurent une thermorégulation de confort ou
même de survie en environnement chaud d'un individu, et trouvent une
application en particulier dans les cas suivants
1/ protection d'un individu résidant en espace confiné, du type cockpit, sac
de couchage ou assimilé, .....
21 port d'une tenue freinant le transfert naturel de la sueur et de la chaleur
du corps vers l'environnement extérieur en diminuant les caractéristiques
opérationnelles ou d'autonomie de l'individu, une telle tenue pouvant être
une tenue de protection balistique, chimique, thermique, anti-vapeur ou
anti-feu.
En outre, en plus des nouveaux avantages selon la présente
invention, l'utilisation d'un tissu tridimensionnel dans certains types de
vêtements ou de protections continue d'assurer certains effets connus et
intéressants : en protection balistique, le matériau participe à la diminution
de l'effet arrière et peut être intégré dans la protection elle-même en tant
que couche anti-traumatisme ; et en protection thermique, vapeur ou feu, il
diminue les transferts de chaleur par conduction et par convection et peut
également être intégré à la protection.
L'invention va maintenant être décrite de façon plus détaillée en se
référant aux dessins annexés dans lesquels
~ la figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation d'un
matériau textile composite,
~ la figure 2 est une vue en coupe d'un second mode de réalisation d'un
matériau textile composite,
~ la figure 3 est une vue en coupe d'un autre mode d'organisation du
matériau,
~ la figure 4 est une vue en coupe d'encore un autre mode de réalisation
du matériau textile,
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~ la figure 5 est une vue schématique d'un vêtement réalisé avec le
matériau textile composite,
~ la figure 6 est un détail agrandi de la figure 5, et
~ la figure 7 est une vue en coupe d'un type de chemin préférentiel créé
dans un matériau.
La figure 1 représente en coupe un matériau textile constitué d'une
couche externe 1, d'un espace 3 et d'une couche interne 4. La couche
externe et la couche interne sont reliées par des fils de liaison 5, en
constituant ce que l'on appelle un tissu tridimensionnel. La couche externe
90 1 assure une certaine étanchéité, et est par exemple constituée d'un tissu
hydrophobe de type polyester dont l'étanchéité si elle doit être totale peut
être réglée à l'aide d'une couche d'enduction 2, par exemple en
polyuréthanne. Dans le cas où l'étanchéité ne doit pas être totale pour ne
pas bloquer les échanges en mode dégradé (arrêt de l'appareil de
ventilation), on utilisera des matériaux dont la composition ou la
construction permettent une bonne perrnéabilité à la vapeur d'eau tout en
offrant entre les deux faces de la couche externe une perte de charge
suffisante pour limiter les fuites d'air. La couche interne 4 est un tissu ou
un
tricot de fibres hydrophiles de type polyester, polyamide ou polyacétate (ou
2o un mélange de ces fibres) ayant reçu un traitement hydrophile. Ce tissu ou
tricot doit présenter un bon pouvoir de transfert de liquide, ce qui sous
entend une faible pression d'amorçage, une forte cinétique d'absorption, et
un faible niveau de saturation, ainsi qu'un bon pouvoir de séchage, c'est-à-
dire une forte couverture de surface et une forte cinétique de séchage,
ainsi également qu'une bonne perméabilité à la vapeur d'eau.
Dans ce mode de réalisation de la figure 1, la zone externe est
constituée par la couche 1 et éventuellement la couche d'enduction 2 ; la
zone intermédiaire comprend l'espace 3 traversé par les fils de liaison 5, et
la zone interne est constituée par le tissu 4.
Dans le cas représenté sur la figure 2, la zone externe et la zone
intermédiaire ont la même structure que dans le matériau de la figure 1
tandis que la zone interne est limitée par une étoffe 6 de même type que la
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couche 4 de la figure 1, cette étoffe 6 étant dissociée du tissu
tridimensionnel constitué par l'étoffe externe 1, l'espace 3 et une étoffe
supplémentaire 7, des fils de liaison reliant les étoffes 1 et 7. II peut
alors
être avantageux que la nature des étoffes 1 et 7 soit la même pour
simplifier la fabrication du tissu tridimensionnel. II est toutefois
préférable
que la structure de l'étoffe supplérnentaire soit plus ajourée (ouvertures 8)
pour ne pas freiner les transferts thermiques et de masse.
Les matériaux textiles représentés sur les figures 3 et 4
correspondent respectivement à ceux des figures 1 et 2, à la différence que
la zone externe est constituée par une étoffe 1 a, éventuellement pourvue
de la couche d'enduction 2 distincte de l'étoffe constituant le tissu
tridimensionnel.
La figure 5 représente de manière schématique un vêtement de
protection réalisé avec un matériau textile selon l'invention.
A titre d'exemple, ce vêtement 10 comprend un capuchon 11 relié à
une veste 12 à manches 13 et un pantalon 14 à jambes 15.
Un raccord d'admission 16 d'air sec et relativement frais provenant
d'un appareil de ventilation extérieur (non représenté) introduit cet air dans
l'espace 3 du matériau textile par l'intermédiaire d'une zone de diffusion 17
située par exemple autour de l'encolure du vêtement. Cette zone de
diffusion est délimitée par une couture continue 18 et une couture
discontinue 19, cette dernière permettant la diffusion (symbolisée par des
flèches) dans l'ensemble de l'espace 3. A ~la base de la veste 12, une zone
collectrice 20 est constituée de la même manière par une couture continue
18 et une couture discontinue 19 et collecte le flux d'air ayant traversé la
veste en le dirigeant (voir figure 6) vers un raccord d'échappement 21 relié
à l'appareil de ventilation.
Une étoffe 22 peut être ajoutée sur la face interne du chemin
préférentiel (voir figure 7) pour en réduire les fuites.
Le capuchon et les jambes peuvent être alimentés en air sec et frais
soit par l'intermédiaire de la veste soit par des zones de diffusion et de
collecte alimentées par des circuits indépendants. A cet effet, les jambes
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peuvent être munies de raccords d'admission 1fi' et d'échappement 21'
avec création ou non de chemins préférentiels par combinaison de
coutures continues ou discontinues.
Le matériau textile peut également être utilisé pour la confection de
revêtements de siège, de revêtements de couchettes, de sacs de couchage
ou autres, en munissant chacun de ces matériels d'une zone de diffusion et
d'une zone collectrice respectivements équipées d'un raccord d'admission
et d'un raccord d'échappement reliés à un appareil de ventilation.
