Du refroidissement éolien et du facteur humidex
(Critique des indices)

Miguel Tremblay
physicien
31 mai 2003

Vous pouvez écouter une entrevue de l'auteur de cet article à Radio-Canada à l'émission Vous êtes ici.

Présentation

Si vous habitez au Canada, vous êtes sûrement familier avec les concepts de refroidissement éolien, aussi appelé facteur vent, et du facteur humidex. Ces indices sont annoncés, de façon quasi systématique, à la suite de la température dans les bulletins météorologiques de ce pays.

Par exemple, le 2 décembre sur le site web d'Environnement Canada, à la section « Conditions Actuelles », à gauche de la page, pour Montréal, il est écrit « Température: -7°C », « Refr. éolien: -16 ». Notons que le refroidissement éolien annoncé sur le site d'Environnement Canada est sans unité, contrairement à celui que l'on retrouve sur le site web de Météomédia, sous la rubrique « Temp. ressentie ». Météomédia ne s'embête pas avec de pareilles considérations.

Si nous étions en été, cet indice serait remplacé par l'indice du facteur humidex.

La section « Naissance » relate l'origine de ces indices. Dans la section « Pourquoi être contre ces indices? » on retrouve la description des principaux griefs concernant le refroidissement éolien. Les sections « Répercussion du refroidissement éolien sur l'économie » et « Point de rupture » ont été rédigées suite à la réception de courriels d'internautes faisant part de leur expérience. On retrouvera ensuite un exposé mathématique portant sur les formules utilisées pour calculer les indices.

Naissance

Les origines du refroidissement éolien (facteur vent)

Les informations que l'on trouve dans cette section proviennent, majoritairement, du site web d'Environnement Canada, lieu de génèse de cet indice. Je vous invite d'ailleurs à le consulter pour plus d'information, il est très complet et explique clairement d'où provient cet indice.

Il est important de savoir que le refroidissement éolien a été réinventé, si je puis dire, en février 2001. En effet, « bien que la température équivalente de refroidissement éolien était supposée être la température qui aurait causé le même refroidissement par vent très léger, ce n'était pas le cas[...] ».

« La formule originale de refroidissement éolien était dérivée d'expériences menées en 1939 par des explorateurs [américains] de l'Antarctique, Paul Siple et Charles Passel. Ces intrépides scientifiques ont mesuré combien de temps il fallait pour congeler l'eau contenue dans un petit cylindre de plastique exposé au vent à l'extérieur ».

Cette formule était obsolète et donnait lieu à des confusions dans certaines circonstances. Environnement Canada a donc décidé de tenir en avril 2000 un Atelier Internet [sic] sur le refroidissement éolien pour qu'il soit mieux adapté à la réalité. Plutôt que d'être basé sur un cylindre d'eau, « le nouvel indice est fondé sur un modèle de la rapidité avec laquelle le visage humain perd sa chaleur. Nous avons choisi la figure parce qu'elle est la partie du corps la plus souvent exposée au temps dangereux hivernal, en supposant que des vêtements convenant au temps couvrent le reste du corps ». Il est pertinent de lire quelles sont les hypothèses prises en compte pour ce nouvel indice. Un avant goût: « Il [le refroidissement éolien] utilise un seuil de vent calme de 4,8 km/h. On a obtenu cette valeur en observant la vitesse à laquelle les gens marchent quand ils traversent une intersection ».

Les origines du facteur humidex

De même que pour le refroidissement éolien, les informations pour le facteur humidex proviennent essentiellement du site web d'Environnement Canada et du document de Masterson et Richardson^[1]. J'ai obtenu ce document en faisant la demande à Environnement Canada qui me l'a gracieusement fait parvenir. Merci.

« L'humidex est une innovation canadienne utilisée pour la première fois en 1965. Ce sont les météorologues canadiens qui l'ont inventé pour indiquer de quelle manière le temps chaud et humide est perçu par la moyenne des gens ».

Ce facteur est moins bien documenté que le refroidissement éolien puisqu'il n'a pas fait l'objet d'une refonte au cours des dernières années. Bien que ce ne soit pas écrit sur le site d'Environnement Canada, la manière de calculer le facteur humidex est présentement basée sur les travaux de J.M. Masterson et F.A. Richardson qui ont publié une étude nommée « A method of quantifying human discomfort due to excessive heat and humidity ». Cette étude a été publiée en 1979 par Environnement Canada. Si on omet les graphiques et les cartes indiquant les différents taux d'humidex en Ontario, le contenu de cette publication tient sur 8 pages, incluant une revue de littérature sur l'indice humidex.

Le facteur humidex est basé sur l'observation que la chaleur intense, accompagnée par un haut taux d'humidité, entraîne un malaise physique. Dans des cas extrêmes, lorsque les effets combinés de la température et de l'humidité approchent la température normale du corps (37°C), ce malaise devient un danger pour le corps humain.

Lors de la création du facteur humidex, en 1979, il mourait 22 personnes par année par cause « d'insolation ou de chaleur excessive » au Canada. Ce nombre représente les morts causées directement par la chaleur. Il n'inclut pas les crises cardiaques ou autres conséquences pouvant être engendrées par une trop grande chaleur.

Le facteur humidex a donc été créé pour quantifier et comprendre le degré de risque pour le corps humain en cas de chaleur ET d'humidité excessive.

Le calcul de l'humidex est basé sur:

La température ambiante;
La pression de vapeur;
Le point de rosée.

Pourquoi être contre ces indices?

1. On utilise la science pour quantifier une sensation.

Je ne conteste aucunement le fait que la sensation de froid est plus vive lorsqu'il vente ou encore que nous avons l'impression qu'il fait plus chaud l'été lorsque le taux d'humidité est élevé. Là où je m'insurge, c'est dans l'invention d'une formule chiffrée pour décrire cette réalité. La science n'a pas réponse à tout et inventer une formule ayant comme finalité le chiffrement d'une « sensation » illustre le travestissement de la science pour un but qui lui est impropre et qui ne lui appartiendra jamais. Une sensation est spécifique à chaque individu. La science étudie des phénomènes REPRODUCTIBLES, ce qui ne saurait, par définition, s'appliquer à une sensation.

2. Le refroidissement éolien et le facteur humidex sont du sensationnalisme météorologique.

La météo est l'un des rares domaines scientifiques auquel la totalité des gens ont accès et ont une opinion. Les présentateurs météo - la nuance entre présentateurs météo et météorologues est très importante - sont donc des apôtres de la vulgarisation scientifique, tout en n'ayant pas nécessairement une formation scientifique. On a qu'à penser à Dany Laferrière qui a déjà présenté le bulletin météo à TQS ou à Pauline Martin à l'émission du matin à Montréal sur la première chaîne de Radio-Canada pour s'apercevoir qu'il ne faut pas être météorologue pour parler de météo avec autorité.

La météo s'adresse au grand public. Les canaux diffusant cette information, la radio et surtout la télévision, rivalisent d'audace et d'innovations pour présenter les prévisions. L'infographie utilisée pour montrer les cartes géographiques, sur lesquelles il est possible de voir les précipitations par exemple, est très complexe et chaque réseau possède son propre style de présentation.

Une situation où le plus important est de capter l'attention du public est propice aux dérapages. Comme dans d'autres domaines hautement médiatisés, il est plus facile, pour capter l'attention, de donner dans le sensationnalisme plutôt que d'expliquer par le menu les différents tenants et aboutissants d'une situation ou d'un phénomène. Encore plus s'il s'agit de science car, pour peu que l'on veuille vraiment comprendre, il faut faire un effort de recherche et de compréhension plus intense que dans des domaines où c'est surtout l'avis des spécialistes qui départage les courants (la science politique ou l'économie par exemple).

Le refroidissement éolien et le facteur humidex sont des créations nées de l'inflation des moyens utilisés par les médias afin de captiver leur auditoire. Il est bien plus impressionnant et marquant de dire: « Il faisait -34°C avec le vent » que « Il faisait -20°C avec un vent de 40 km/h ». Ces indices sont en fait des artifices mathématiques pour ramener des mesures (le vent pour le refroidissement éolien et le taux d'humidité pour le facteur humidex) dans des unités qui leur sont impropres (les degrés Celsius), mais comprises plus aisément.

3. Un indice qui est fonction de deux mesures ne donne pas plus d'information que les deux mesures en elles-mêmes.

Plutôt que de donner deux mesures (température et vitesse du vent; température et taux d'humidité) aux gens qui devraient assimiler leur importance et leur interdépendance, on préfère les fusionner dans une formule qui ne correspond à rien de naturel. Certains organismes (Météomédia), et même la publication d'où origine le facteur humidex, poussent l'audace jusqu'à donner les indices en degré Celsius, ce qui est une vulgaire usurpation.

4. Le refroidissement éolien fait usage d'hypothèses qui sont plus que discutables et dont les gens ignorent tout.

Il utilise la vitesse du vent calculée à la hauteur moyenne du visage humain (environ 1,5 m) au lieu de la hauteur standard de l'anémomètre (10 m). On effectue la correction en multipliant la valeur à 10 mètres (celle indiquée dans les observations météo) par un facteur 2/3. La vitesse du vent à 1,5 mètre du sol correspond-elle vraiment aux deux tiers de celle du vent à 10 mètres et ce, de façon constante?
Il est fondé sur un modèle du visage humain, et incorpore la théorie moderne du transfert de chaleur, soit la théorie indiquant la quantité de chaleur perdue par le corps vers son environnement lors de jours froids et venteux. Le modèle du visage humain, comment, sur qui et quand a-t-il été construit? Est-il possible de baser une mesure sur quelque chose d'aussi variable que la morphologie d'un visage humain? Qu'arrive-t-il pour ceux qui arborent fièrement la barbe?
Il utilise un seuil de vent calme de 4,8 km/h. On a obtenu cette valeur en observant la vitesse à laquelle les gens marchent quand ils traversent une intersection. Les gens traverseraient une intersection en moyenne à 4,8 km/h... Par temps venteux et froid?

Ces éléments pris un à un ont peut-être un certain sens, mais il faut être conscient que ce ne sont que des valeurs statistiques ou encore un modèle (la chaleur) dépendant de l'état des connaissances au moment où ils sont utilisés. Je ne doute pas de la bonne foi des gens qui ont conçu la formule du refroidissement éolien, seulement du but qu'ils cherchaient à atteindre.

Combien de gens savent que le refroidissement éolien incorpore toutes ces hypothèses? Si vous êtes arrivé jusqu'ici, il y a une personne de plus!

Environnement Canada a d'ailleurs fait un sondage pour prendre connaissance de la compréhension du refroidissement éolien par les Canadiens. Les résultats sont éloquents et montrent bien que ce facteur entraîne une confusion qui ne saurait avoir lieu avec la simple vitesse du vent.

De la page « Recherche en opinion publique sur le refroidissement éolien au Canada » du site d'Environnement Canada: « [..]bien qu'il y a une bonne compréhension du refroidissement éolien à un niveau superficiel, il y a des idées fausses, particulièrement en rapport avec l'effet du refroidissement éolien sur les objets comme les voitures (la moitié des répondants ont dit que le refroidissement éolien peut abaisser la température de l'auto au-dessous de celle de l'air ambiant), ou avec la relation entre le refroidissement éolien et la température, puisque 40% des répondants ont dit, erronément, que même à l'abri du vent, ils auraient l'impression, un jour de vent, de se trouver à une température inférieure à celle de l'air ».

Passons outre qu'il est possible d'avoir une bonne compréhension à un niveau superficiel. On voit que cet indice n'est pas compris alors qu'il est clair, à mon sens, que lorsque l'on est à l'abri du vent, il ne vente pas. Ces indices, plutôt que d'informer les gens sur une réalité, les induisent en erreur.

Répercussion du refroidissement éolien sur l'économie

Le refroidissement éolien est uniquement utilisé de ce côté-ci de l'Atlantique, c'est-à-dire en Amérique du Nord. Les Européens ne connaissent pas la nouvelle mode météorologique ayant cours ici. En janvier 2004, des froids sibériens frappèrent le Canada. Les informations devenant facilement transmissibles d'un continent à l'autre, le fameux « il faisait -55 », qui implique le refroidissement éolien, est parvenu aux oreilles des habitants des vieux pays. Sans nuance. Sans explication. De quoi faire peur.

Ce n'est sûrement pas très profitable pour la réputation touristique de notre nation, cette propension à utiliser ces grands nombres négatifs. Au pire, ils considéreront que le Canada est un endroit qu'il vaut mieux éviter l'hiver. Pour quelqu'un n'ayant jamais connu, ni une température plus basse que -10°C, ni un annonceur météo canadien, il y a de quoi être effrayé. Je vois mal comment vanter les beautés hivernales d'un pays tout en criant sur tous les toits qu'il connaît des températures de -55. Au mieux, s'ils découvrent ce qu'est le refroidissement éolien, ils sauront qu'il n'ont pas l'heure juste lorsqu'il est question de température au Canada. Ils n'assimileront pas les nuances, nous en sommes nous-mêmes incapables. Ce n'est pas en notre honneur. Pas foutu d'être clair sur la température qu'il fait.

Localement, le refroidissement éolien ne fait sûrement pas l'affaire des propriétaires d'entreprise de plein-air. Prenons le ski de fond. S'il faisait -15°C mais que le refroidissement éolien indiquait une valeur de -32, resteriez-vous à la maison plutôt que de faire la randonnée en forêt que vous aviez prévue? Si par contre, vous saviez qu'il fait -15°C et qu'il vente très fort, vous auriez probablement le réflexe de vous dire qu'en forêt, vous êtes à l'abri du vent et que sa force n'est pas si importante. Une réalité. Deux manières de l'aborder. Une, issue d'un flou mathématique, l'autre, de quantités mesurables et accessibles. Laquelle prévaut en ce moment?

La forge mathématique

Regardons comment ces indices furent forgés pour nous donner la température ressentie.

Le facteur humidex

Commençons par la formule, décortiquant chaque terme avant de regarder ce que leur réunion peut bien donner.

La formule permettant d'obtenir l'indice du facteur humidex est:

H = H(T, h) = T + h, où { H est l'indice humidex, T est la température en degrés Celsius, h = (5 / 9)(e - 10), e est la pression de vapeur de l'eau en millibar (mbar) }

La pression de vapeur est calculée à l'aide d'une version modifiée de la formule de Clausius-Clapeyron. Je vous épargne les détails, si ce n'est que dans cette formule, la seule quantité n'étant pas une constante est le point de rosée. Le point de rosée est lui-même fonction de la température et du taux d'humidité relative. Ceci implique que le facteur humidex H est calculé en fonction de deux mesures: la température et le taux d'humidité relative.

H(T,h) et h(pt. rosée) ⇒ H = H(T, pt. rosée); H(T, pt. rosée) et pt. rosée(T, % d'humidité) ⇒ H = H(T, % d'humidité)

Jusqu'ici tout va bien.

Attardons-nous sur le travail fait avec la pression de vapeur (e) exprimée en millibars:

On lui soustrait 10. 10 est un scalaire, c'est-à-dire qu'il n'a pas d'unité, et on le soustrait de millibars. C'est à la petite école que l'on apprend qu'il n'y a pas de sens à additionner des valeurs qui n'ont pas les mêmes unités. 4 pommes + 5 dollars = ? Premier accroc.

Pourquoi choisir le nombre 10? Parce que la pression de vapeur de l'eau est toujours supérieure à 10 millibars pour des températures supérieures à 7°C. Ceci implique que:

∀ T > 7°C, (e - 10) > 0; ⇒ h > 0; ⇒ H > T

Autrement dit, l'indice du facteur humidex est toujours supérieur à la température ambiante à partir du moment où il fait plus chaud que 7°C. C'est une conséquence recherchée puisque le facteur humidex doit représenter notre sensation de la chaleur, sensation qui nous dicte qu'il fait plus chaud. Le facteur humidex H doit donc être supérieur à la température, ce qui est le cas avec cette formule. Un choix judicieux mais tout de même, il s'agit d'un choix. On aurait pu prendre 9 ou 11 mais c'est 10 qui fut choisi.

Notons que pour des températures inférieures à 7°C, la formule du facteur humidex donnerait un nombre inférieur à la température ambiante. L'hypothèse de base, il doit faire plus chaud lorsque l'humidité augmente, restreint l'utilisation du facteur humidex à la saison estivale.

Pourrait-on conclure que la présence d'un haut taux d'humidité, à des températures inférieures à 7°C, donne une impression de plus grand froid? A mon humble avis, ainsi qu'à celui de toutes les personnes à qui j'ai posé la question, oui. Alors, pourquoi l'humidité n'est-elle pas prise en compte lorsque du calcul de la température ressentie en hiver? Deux raisons expliquent cela.

Des études faites avec des militaires américains auraient démontré que le taux d'humidité n'aurait pas d'influence sur notre perception de la température en hiver. (NDLR: Je n'ai malheureusement pas été capable de remettre la main sur la page web où j'avais lu cela. Si vous avez des informations sur ce sujet, je vous prie de me contacter).
Il existe déjà un indice pour la température en hiver (le refroidissement éolien) qui tient compte de la vitesse du vent. Étant donné la formule pour le refroidissement éolien (voir ci-bas), il est quasiment impensable, voire impossible, d'y introduire une autre variable. Dehors la notion d'humidité quand il fait froid. C'est plus simple et le pauvre citoyen s'y retrouve mieux.

Continuons notre exposé mathématique. Rappelons la formule du facteur humidex:

Mais d'où peut bien venir le facteur 5/9 ? N'ayant trouvé aucune explication dans la littérature, je hasarderai la théorie suivante: il permet de ramener la valeur de (e-10) à une valeur qui pourra décemment être additionnée à la température en degrés Celsius. On a qu'à s'imaginer un facteur humidex qui prendrait des valeurs aux environs de 1000, si on avait choisi 5000/9 à la place de 5/9 par exemple, pour comprendre que l'impact psychologique est moindre que celui causé par un nombre qui permet au facteur humidex de s'apparenter à la température extérieure. Si je vous disais « Il faisait 3500 avec le facteur humidex », ce serait moins marquant que « Il faisait 45 avec le facteur humidex ». Et pourtant... C'est une mise en scène mathématique. Les nombres ont été choisis de telle sorte que le tout ressemble au décor auquel nous sommes habitués.

Reprenons. On prend des millibars, desquels on soustrait un scalaire (10), on le multiplie par une fraction (5/9), et que fait-on avec le résultat? On lui additionne la température ambiante en... degrés Celsius. Rien de moins.

Prenez le résultat de H:

et dites que c'est des degrés Celsius. Et voilà, vous venez de créer le facteur humidex. Vous ne trouvez pas qu'on perd un peu pied avec la réalité et qu'on y met un peu de nous-mêmes?

Le facteur humidex est une construction. On essaie de faire correspondre une sensation à une mesure, quitte à utiliser des moyens mathématiques « illégaux » comme additionner des millibars et des degrés Celsius dans la même formule.

Le refroidissement éolien

Jetons un coup d'oeil à ce qui est fait pour calculer le refroidissement éolien:

$R = 13,12 + 0,6215T - 11,37(V^0,16) + 0,3965T(V^0,16) où { R est l'indice de refroidissement éolien; T est la température de l'air en degrés Celsius (°C); V est la vitesse du vent à 10 mètres, la hauteur standard de l'anémomètre, en (km/h) }$

Première évidence, la vitesse du vent est élevée à la puissance 0,16. J'en suis pantois. J'ai encore de la peine à m'en remettre. Si vous avez une idée de la signification que le vitesse du vent en km/h à la puissance 0,16 peut signifier, faites-moi signe. De grâce.

Deuxième évidence, on additionne un scalaire (13,12) à des degrés Celsius (0,6215*T), puis avec des (km/h) à la puissance 0,16 (!), et finalement avec des °C multipliés par des km/h toujours à la puissance 0,16. Comprenez ma surprise et mon étonnement lorsque l'on présente le refroidissement éolien comme étant sous forme de °C sur le site web de Météomédia.

Le refroidissement éolien nouveau et amélioré se prête moins bien au décortiquement que le facteur humidex. Le facteur humidex est basé sur les équations thermodynamiques de la pression de vapeur et du taux d'humidité ambiante, tandis que le refroidissement éolien est une construction d'une toute autre sorte.

Le refroidissement éolien incorpore toutes les hypothèses dénombrées ci-haut et on en déduit des constantes utilisées directement dans une formule. La déduction de ces constantes n'est pas documentée sur le site web d'Environnement Canada, bien qu'il y ait une page ayant pour titre « Science du refroidissement éolien et équations ». La page d'accueil sur le programme d'Environnement Canada sur le refroidissement éolien fait même référence à cet hyperlien comme suit : « Vous trouverez ici la nouvelle équation pour calculer le refroidissement éolien, et vous apprendrez comment on l'a mise au point ». Faux. On nous donne bien la formule et il est écrit sur quoi ils se sont basés, pas comment elle a été mise au point.

On peut douter de la manière dont furent incorporées les hypothèses. Il s'agit plus probablement d'un ajustement pour que les sensations ressenties par les 12 personnes (6 hommes et 6 femmes de 22 à 45 ans) représentant l'humanité se conforment aux données (température et vitesse du vent) des tests.

Soulignons que la seule personne identifiée pour ces tests (lire son témoignage) exerce la profession de météorologue. On peut se questionner sur la représentativité d'un météorologue lorsqu'il est question de température. Il n'a certainement pas l'opinion du citoyen moyen, alors qu'il est censé représenter le 1/12 de l'humanité. L'histoire ne raconte pas quelle est la profession des 11 autres participants mais il est pensable, n'ayant qu'un cas pour extrapoler, qu'il s'agisse de collègues des personnes ayant conçu l'expérience. Si c'était le cas, non seulement l'échantillon est extrêmement réduit (12 personnes seulement), mais la méthodologie serait plus que douteuse pour déduire les sensations que les gens « ordinaires » devraient ressentir.

Point de rupture

L'entrée dans les moeurs canadiennes du refroidissement éolien et du facteur humidex date du début des années 90. C'est d'ailleurs pour cette raison qu'une révision du refroidissement éolien fut nécessaire. Cet indice existait depuis 1940 et personne n'avait trouvé à y redire. En l'utilisant de plus en plus dans les médias, on s'est rendu compte de certaines aberrations. Ces aberrations sont corrigées par le nouveau refroidissement éolien; on a « redressé » la courbe de la température ressentie.

À l'hiver 2004, lorsque les températures des 10 provinces canadiennes furent annoncées à la radio de Radio-Canada, on indiqua aussi le refroidissement éolien. Ce bulletin consistait en une série de 10 noms de villes et de 20 températures! C'est long à l'écoute. Cette façon de faire n'existait pas à peine un an auparavant.

La question que cette dynamique soulève est jusqu'à quel niveau se répandra son usage. Les médias l'ont d'ores et déjà adopté. Les stations météorologiques des aéroports l'utilisent-ils? Les stations de ski? L'armée?

Les médias n'étant pas reconnus pour leur retenue, et une utilisation croissante de ces indices ayant été observée, il est naturel de se demander quand le point de rupture sera atteint. Que devra-t-il se produire pour que la vérité sur ces créatures éclate au grand jour?

La publication de cette page web est certes un début. Je scrute attentivement les médias pour voir d'où viendra la première crise majeure provoquée par l'annonce de ces nombres à faire peur. Peut-être que notre prise de conscience viendra de la perception (incompréhension?) qu'ont les étrangers de ces indices. On est forcé de se questionner sur leur signification pour pouvoir les expliquer. Ce cheminement mène inévitablement à la conclusion que leur existence, sans parler de leur utilisation, est une erreur.

Quand ce moment viendra-t-il?

Conclusion

Il est étonnant que la fumisterie que sont les indices du refroidissement éolien et du facteur humidex ne soit pas plus décriée. La création de cette page web a pour but de corriger cette situation. Ces indices étant une création canadienne et sévissant le plus durement dans ce pays, il est normal que la lumière sur cette réalité provienne du même endroit. Mon souhait est que les gens réalisent ce que sont réellement ces indices, que les présentateurs météo fassent leur boulot d'information et non de « sensations ».

Pour tout commentaire, je vous invite à me joindre par courriel.

Liens

Références

[1] MASTERSON, J. et RICHARDSON, F. A., 1979 : Humidex, A Method of Quantifying Human Discomfort Due to Excessive Heat and Humidity. Downsview, Ontario: Environnement Canada. 45p.

Du refroidissement éolien et du facteur humidex (Critique des indices)

Création : 31 mai 2003

Villeray

N 45° 33′ W 73° 36′