Froid
Le froid est la sensation contraire du chaud, associée aux températures basses. Il s'agit également d'un qualificatif relatif aux transferts thermiques : un corps est qualifié de « froid » s'il est en contact thermique avec un autre corps de température plus élevée et duquel il est susceptible de recevoir de la chaleur.
Théoriquement, la plus basse température est le zéro absolu, qui est de 0 K sur l'échelle Kelvin et de −273,15 °C sur l'échelle Celsius. Il n'est pas possible d'obtenir un corps plus froid.
Climat
En climatologie, le froid est lié notamment à la saison, à l'ensoleillement, l'effet de serre, au refroidissement éolien et à l'effet modérateur des océans et mers.
Usages du froid
Froid et conservation
Froid naturel
C'est l'un des modes les plus commodes et les plus anciens de conservation[1].
- Le froid nocturne dans l'ancien Orient produisait à la surface des eaux calmes de minces couches de glace qui étaient gardées dans des endroits frais.
- Les romains, grands amateurs de boissons fraîches, faisaient venir de la glace récoltée sur les Monts Apennins , de nuit dans des chariots recouverts de paille et en stockaient dans des caves ou des puits de la glace.
Froid artificiel
On peut refroidir artificiellement en effectuant le vide dans une chambre ou par des systèmes réfrigérants tels que les réfrigérateurs ou les congélateurs.
- En 1685, Philippe de La Hire, physicien français, produit artificiellement de la glace en enveloppant d'ammoniac humide une toile pleine d'eau fraîche.
- Début XVIIIe siècle, sont utilisées des glacières en bois calorifugé comportant des réserves de glace.
- Début XIXe siècle, l'usage se répand dans les familles de « glacières » fondées sur ce principe.
- Les propriétés caloriques de la liquéfaction des gaz sont mises en évidence par les physiciens britanniques John Leslie (1811) et Michael Faraday (1823).
- En 1851, l'américain John Gorrie met au point une « machine à fabriquer la glace ».
- En 1860, l'ingénieur Ferdinand Carré construit un appareil réfrigérant propre à fabriquer de la glace à grande échelle. Procédé qui sera utilisé par un autre ingénieur français, Charles Tellier, pour équiper des navires avec des cales dites « frigorifiques » propres à transporter de la viande congelée (ligne transatlantique : Amérique du Sud-Europe)
- L'usage de réfrigérateurs domestiques se développe à partir de 1920 aux USA (marque « Frigidaire » en 1922) et se diffuse en Europe vers 1935.
Froid et climatisation
La climatisation est une technique utilisée pour modifier les conditions climatiques d'un environnement pour des raisons de confort ou d'obtention de conditions particulières, propres à favoriser un objectif déterminé (usage professionnel et/ou industriel).
Froid et santé
Réponse physiologique au froid
L'être humain est homéotherme, c'est-à-dire qu'il régule lui-même sa température par différents mécanismes, à la différence des poïkilothermes qui régulent leur température par la chaleur présente dans leur environnement.
Le froid déclenche une réponse thermorégulatrice de la part du corps humain. En effet l'organisme régule sa température interne entre des valeurs compatibles avec la vie (ni trop élevées pour éviter la rupture de certaines liaisons chimiques comme les liaisons hydrogènes ce qui dénatureraient les protéines, ni trop faibles ce qui rendrait l'agitation moléculaire insuffisante pour assurer les réactions chimiques nécessaires à la vie). Les limites usuelles de la normothermie vont de 36,5 °C à 37,5 °C mais l'on peut observer d'importantes variations dues à une fièvre, des températures très froides, un exercice intense, au cycle menstruel pour les femmes...
Ainsi l'organisme, et plus précisément l'hypothalamus, détermine un point de consigne (il est proche de 37 °C) qui est une valeur optimale pour l'ensemble des fonctions vitales. L'hypothalamus se comporte comme un thermostat maintenant un équilibre entre pertes et production de chaleur. Si la température évolue en dessous de 37 °C l'organisme met en route des mécanismes de thermogenèse (gain de chaleur).
Des thermorécepteurs permettent d'enregistrer cette baisse de température. Ils peuvent être centraux, situés dans les structures corporelles profondes (organes thoraciques, organes abdominaux, tronc cérébral, moelle épinière et hypothalamus) qui doivent être impérativement maintenus à une température constante. Ce sont les plus sensibles : ils enregistrent une variation à 0,01 °C près. Ils en existent également des périphériques dans la peau qui enregistrent des variations de 0,2 °C. Une baisse de température entraîne des influx de ces voies afférentes vers le centre intégrateur : l'hypothalamus qui exerce ses effets via le système nerveux autonome en agissant sur le débit sanguin, le tissu adipeux, le métabolisme...
Ainsi, lors d'une exposition au froid, la température devient inférieure au point de consigne. L'hypothalamus agit sur plusieurs mécanismes de thermogenèse :
- réduction de la déperdition de chaleur à la surface du corps : vasoconstriction cutanée via le système nerveux sympathique (les catécholamines agissent sur les récepteurs adrénergiques alpha-1). Cette vasoconstriction vise à diminuer les échanges thermiques entre le milieu cutané et le milieu ambiant froid et ainsi évite une perte trop importante de chaleur. Ces échanges se font surtout par radiation. On note aussi une horripilation mais ce mécanisme n'est pas très efficace chez l'homme ;
- augmenter la production de chaleur : par l'activité musculaire (les frissons qui sont des successions de secousses cloniques de la musculature striée ne fournissant aucun travail mécanique, toute l'énergie étant libérée sous forme de chaleur ; les contractions volontaires...). Les catécholamines libérées par le système nerveux sympathique ont pour but d'augmenter le métabolisme par lipolyse et glycogénolyse et ainsi augmenter la production de chaleur.
Maladies causées par le froid
Le froid peut causer divers symptômes aux organismes vivants :
- hypothermie ;
- brûlure au froid : arrachement de la peau contre une surface gelée en raison du gel de la peau contre la surface gelée ;
- engelure.
Il est suspecté, depuis des siècles, de favoriser :
- l'inflammation des voies respiratoires (bronchite) pourtant, quand l'air arrive au niveau des bronches, cela fait bien longtemps qu'il est à la température corporelle ;
- la transmission de maladies virales respiratoires (rhume, grippe), en fragilisant les sinus. À ce jour, aucune étude scientifique n'a permis de démontrer un lien de cause à effet entre exposition à des basses températures et sensibilité aux virus [2].
Notes et références
- Les Grandes Inventions par P. Germa, Berger Levrault Paris 1982.
- (en) « Exposure to Cold Environment and Rhinovirus Common Cold — Failure to Demonstrate Effect », The New England Journal of Medicine, (lire en ligne)
Voir aussi
Articles connexes
Lien externe
- (fr) (en) Institut International du Froid
- Récupération d'énergie sur les systèmes de production de froid sur le site Xpair
