Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2023
Langue
Français
Résumé
Les vêtements individuels de protection (VIP) contribuent aux contraintes thermiques et physiologiques subies par les travailleurs. Or, ces contraintes constituent un problème préoccupant pour la santé et la sécurité, notamment pour les pompiers. D’ailleurs, les contraintes thermophysiologiques sont associées à un risque accru d’événements cardiovasculaires, qui représentent la cause la plus fréquente de décès chez les pompiers. L’objectif de cette étude était d’évaluer la réponse physiologique au port de VIP pour les pompiers, munis de deux membranes barrières humidifuges, dont l’une, ayant des propriétés de perméabilité à la vapeur d’eau et de transfert de chaleur améliorées. Un nouveau concept qui devait permettre d’assurer une meilleure circulation de l’air dans la zone dorsale du VIP a aussi été évalué. Ces membranes et ce nouveau concept sont basés sur de nouvelles technologies ayant le potentiel de réduire les contraintes thermophysiologiques des pompiers.
Dix participants ont réalisé des tests de marche à 5 km/h sur un tapis roulant dans une chambre climatique où la température (35°C) et l’humidité relative (50 %) étaient contrôlées. La charge de travail était ajustée via l’inclinaison du tapis de façon à obtenir un effort à 30 % de la consommation maximale d’oxygène du participant. Les cinq conditions de VIP évaluées comprenaient deux membranes barrières (M1 et M2 [améliorée]), lesquelles étaient intégrées dans deux designs d’habits (Traditionnel et Innovateur) et un nouveau système d’aération. Les astreintes thermiques engendrées par les différentes conditions expérimentales étaient évaluées à l’aide des variables suivantes : la consommation d’oxygène, la température corporelle interne, le coût cardiaque de travail, la perte hydrique, l’humidité relative et la température à l’intérieur du VIP (dans la couche interne et dans la couche externe), ainsi que la perception psychophysique de l’effort par les participants.
Les principaux résultats suggèrent que la membrane barrière de nouvelle génération (M2) obtient une perception psychophysique de l’effort moins élevée que l’autre membrane pour les 20 dernières minutes du test. Les modifications de design du modèle Innovateur ne permettent pas de diminuer les contraintes physiologiques à l’effort. En effet, l’humidité relative dans la couche interne du modèle Innovateur n’est pas statistiquement différente de celle du modèle Traditionnel, et la température dans la couche interne du modèle Innovateur est significativement plus élevée que celle du modèle Traditionnel. Le modèle Innovateur cause un inconfort pour le cou et les hanches lors de la flexion du tronc. En présence du support de l’appareil de protection respiratoire autonome, le nouveau système d’aération dans la zone dorsale ne réduit pas les contraintes thermophysiologiques dans une situation d’effort prolongé de 45 minutes.
Les résultats de cette recherche démontrent l’importance d’améliorer l’efficacité des matériaux qui composent les VIP. En effet, malgré un effort physique relativement bas imposé par la pente et la vitesse du tapis roulant, aucune des conditions évaluées ne permet une stabilisation des variables associées au processus de thermorégulation. La température interne du corps et la fréquence cardiaque augmentent progressivement durant toute la durée du test. Pour expliquer l’augmentation constante de ces deux variables physiologiques, l’humidité relative à l’intérieur du VIP, qui devient supérieure à 80 % après quelques minutes d’effort, doit être mise en cause. La présence d’un microclimat, où l'air contient 80 % du maximum de vapeur d'eau qu'il peut absorber, limite beaucoup l’évaporation de la sueur à la surface de la peau. Pour réussir à réduire les contraintes thermophysiologiques, il semble impératif de développer des matériaux capables d’abaisser l’humidité relative à l’intérieur des VIP.
Abstract
Personal protective clothing (PPC) contributes to the thermal and physiological stress experienced by workers. This stress is a major health and safety concern, particularly for firefighters. Thermophysiological stress is associated with an increased risk of cardiovascular events, the most common cause of death among firefighters. The objective of this study was to evaluate the physiological response of firefighters when wearing PPC fitted with two moisture-barrier membranes, one with improved water vapour permeability and heat transfer properties. A new concept to ensure better air circulation in the back area of the PPC was also assessed. These membranes and the new concept are based on novel technologies with the potential to reduce the thermophysiological stress experienced by firefighters.
Ten participants performed walking tests at 5 km/hour on a treadmill in a climate chamber in which the temperature (35°C) and relative humidity (50%) were controlled. The workload was adjusted through the inclination of the treadmill in order to obtain an exertion level of 30% of the participants’ maximum oxygen consumption. The five PPC conditions evaluated consisted of two barrier membranes (M1 and M2 [improved]), integrated into two garment designs (Traditional and Innovative), and a new ventilation system. The heat stress generated by the different experimental conditions was assessed using the variables of oxygen consumption, internal body temperature, cardiac cost during work, fluid loss, relative humidity and the temperature inside the PPC (in the inner and outer layers), as well as the participants’ psychophysical perception of exertion.
The main results suggest that there was a lower psychophysical perception of exertion with the new-generation barrier membrane (M2) than with the other membrane, for the last 20 minutes of the test. The design modifications of the Innovative model did not reduce physiological stress during exercise. In fact, relative humidity in the inner layer of the Innovative model was not statistically different than that of the Traditional model, and temperature in the inner layer of the Innovative model was significantly higher than that of the Traditional model. The Innovative model caused neck and hip discomfort during torso flexion. When a self-contained breathing apparatus was used, the new ventilation system in the back area did not reduce thermophysiological stress in a 45-minute situation of prolonged exertion.
The results of this research demonstrate the importance of improving the effectiveness of the materials used in these PPCs. In fact, despite the relatively low physical effort caused by the slope and speed of the treadmill, none of the conditions evaluated led to stabilization of the variables associated with the thermoregulation process. Internal body temperature and heart rate increased progressively throughout the test. The constant increase of these two physiological variables was caused by the relative humidity inside the PPC, which rose to over 80% after a few minutes of exertion. The presence of a microclimate, in which air containing 80% of the maximum water vapour it could absorb, greatly limits the evaporation of sweat from the skin’s surface. To succeed in reducing thermophysiological stress, it seems imperative to develop materials capable of lowering the relative humidity inside PPCs.
ISBN
9782897972677
Mots-clés
Service des incendies, Fire service, Vêtement de protection contre la chaleur, Heat protective clothing, Thermorégulation, Regulation of body temperature, Microclimat, Microclimate, Évaluation de la charge thermique, Heat stress assessment, Effet thermique, Thermal effect, Mesure de l'humidité, Humidity measurement, Protection contre l'humidité, Protection against humidity, Humidité de la peau, Skin wetness, Résistance à la chaleur, Heat resistance, Lieu de travail chaud, Hot workplace, Innovation, Affection cardiovasculaire, Cardiovascular disease
Numéro de projet IRSST
2017-0008
Numéro de publication IRSST
R-1183-fr
Citation recommandée
Marchand, D., Gauvin, C. et Landry-Duval, M.-A. (2023). Contraintes thermophysiologiques associées aux vêtements individuels de protection des pompiers : impact et efficacité des membranes barrières et des designs du vêtement (Rapport n° R-1183-fr). IRSST.