Pourquoi l'intérieur d'une voiture garée au soleil devient-il plus de 20 degrés plus chaud qu'à l'extérieur ?
― Entrouvrir les fenêtres ne suffit pas
Il fait 30 degrés dehors, mais dès qu'on ouvre la portière, une bouffée d'air brûlant vous saute au visage. Ce n'est pas une impression. À l'intérieur d'une voiture, l'énergie du soleil entre facilement mais ressort avec beaucoup de mal. Et la cause n'est pas propre aux voitures : elle tient à une propriété du verre lui-même.
Vous laissez votre voiture au soleil pendant les quinze minutes de vos courses. En revenant et en ouvrant la portière, l'air brûlant à l'intérieur vous coupe presque le souffle. Le volant est si chaud qu'on ne peut pas le tenir à mains nues.
Ce qui surprend, c'est que vous, debout à l'extérieur, ne souffrez pas. Le même soleil brille pourtant sur vous. L'intérieur de la voiture semble appartenir à un autre monde.
On entend souvent dire « laissez les fenêtres entrouvertes, ça suffit ». Mais en comprenant le mécanisme, on voit aussi pourquoi cette méthode est peu efficace.
Deux raisons seulement expliquent tout
La lumière du soleil traverse le verre sans obstacle et est absorbée par les sièges et le volant. Ces surfaces, une fois chaudes, émettent à leur tour une lumière thermique, mais celle-ci ne peut pas retraverser le verre. Il y a une entrée, mais pas de sortie.
À l'extérieur, on ne souffre pas de la chaleur parce que le vent emporte l'air chaud qui nous entoure. Dans une voiture fermée, l'air bouge à peine. L'air chauffé reste sur place et la chaleur s'accumule sans cesse.
Ces deux effets vont dans le même sens : « la chaleur entre facilement, mais elle ressort difficilement ». L'écart ne fait donc que se creuser. Voyons cela en détail.
Le verre ne se comporte pas de la même façon à l'aller et au retour
La lumière du soleil et la lumière thermique émise par un objet chaud appartiennent en fait à la même famille. Ce sont toutes deux des ondes appelées ondes électromagnétiques, qui ne diffèrent que par leur longueur d'onde.
La surface du Soleil est estimée à environ 6000 degrés. La lumière qui en provient a des longueurs d'onde courtes : essentiellement de la lumière visible et de l'infrarouge proche. Le verre laisse très bien passer cette lumière à ondes courtes. C'est pourquoi on voit le paysage à travers la fenêtre et pourquoi le soleil pénètre dans l'habitacle.
En revanche, les sièges et le tableau de bord, chauffés à 40 ou 60 degrés par cette lumière absorbée, émettent eux aussi de la lumière. Mais comme leur température est bien plus basse, il s'agit d'infrarouge à ondes beaucoup plus longues. Le verre laisse très peu passer cet infrarouge à ondes longues : il l'absorbe presque entièrement. Regardez la figure 1. À l'aller, passage libre ; au retour, barrage. La même vitre change de comportement selon la longueur d'onde de la lumière.
Pourquoi « entrouvrir les fenêtres » est moins efficace qu'on ne le croit
C'est là que la seconde raison entre en jeu. Évacuer la chaleur ne passe pas seulement par l'émission de lumière. Renouveler l'air chaud lui-même permet aussi d'évacuer la chaleur. Si une personne à l'extérieur ne souffre pas, c'est parce que le vent joue ce rôle.
Mais dans une voiture, l'air est enfermé. Avec une fenêtre entrouverte de quelques centimètres, le volume d'air renouvelé reste minime. De plus, l'air chaud, devenu plus léger, se colle au plafond, si bien que la chaleur près du sol bouge encore moins. Des essais menés par une association automobile ont montré qu'entrouvrir les fenêtres ne fait guère baisser la température intérieure.
Par une journée d'été ensoleillée, une voiture garée au soleil peut voir sa température intérieure dépasser 50 degrés, et la surface du tableau de bord approcher 70 degrés. Même par une journée moins caniculaire, avec une température extérieure de 25 à 30 degrés, il n'est pas rare que l'intérieur dépasse 40 degrés. L'impression « il ne fait pas si chaud aujourd'hui » n'est donc pas fiable dans une voiture.
Le fait que le verre ou le plastique « laisse passer les ondes courtes mais bloque les ondes longues » est exactement ce qui rend une serre chaude. Le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau qui entourent la Terre jouent un rôle similaire. Ce qui se passe dans une voiture est une version miniature et accélérée de ce qui se passe à l'échelle de toute la planète.
Une peinture noire absorbe mieux la lumière, ce qui chauffe la carrosserie elle-même. Mais la part de lumière entrant par les fenêtres et se transformant en chaleur à l'intérieur se produit quelle que soit la couleur. La couleur compte, mais changer de couleur ne suffit pas à se rassurer.
Alors, que faire ?
Le point essentiel découle directement du mécanisme. Puisque c'est une pièce où la chaleur entre sans cesse et ne peut pas ressortir, il ne faut jamais y laisser une personne ou un animal.
- Ne jamais attendre seul dans la voitureMême « je reviens tout de suite » ne suffit pas : la température continue de grimper. Descendez ensemble, même pour quelques minutes.
- Choisir l'ombre et installer un pare-soleilSi la lumière n'entre pas, elle ne se transforme pas en chaleur à l'intérieur. Le pare-soleil du pare-brise bloque l'entrée même de la chaleur.
- Avant de monter, ouvrir toutes les fenêtres pour renouveler l'airOuvrez complètement, pas juste un peu, pour chasser l'air chaud accumulé avant de monter.
Un état de faiblesse, une absence de transpiration, une réaction lente aux appels : ce sont des signes possibles d'un coup de chaleur avancé. Appelez immédiatement les secours (le 15 ou le 112) et déplacez la personne à l'ombre ou dans un endroit climatisé. Rafraîchir le cou, les aisselles et l'aine permet de refroidir efficacement le sang circulant dans les gros vaisseaux. Si la personne est inconsciente ou ne peut pas boire seule, ne la forcez pas à avaler quoi que ce soit. Les jeunes enfants et les personnes âgées ne signalent pas toujours leur malaise spontanément : vérifiez régulièrement leur état en leur parlant. Suivez les instructions des secours ou des autorités locales jusqu'à l'arrivée de l'ambulance.
En résumé
L'intérieur d'une voiture chauffe non pas tant parce que le soleil est puissant, mais parce que le verre « laisse passer à l'aller et bloque au retour ». À cela s'ajoute le fait que « l'air ne se renouvelle pas », ce qui crée une pièce où la chaleur ne fait que s'accumuler. Le fait qu'entrouvrir les fenêtres soit peu efficace et qu'un pare-soleil le soit s'expliquent par ce même mécanisme unique.
Ce n'est pas parce qu'il entre beaucoup de chaleur que l'intérieur est chaud.
C'est parce que la chaleur entrée ne peut pas ressortir.
Ce qui se passe alors dans le corps est expliqué dans Pourquoi le coup de chaleur peut-il mettre la vie en danger ?. Cette idée de « déplacer » la chaleur plutôt que de la « détruire » se retrouve aussi dans Pourquoi un réfrigérateur réchauffe-t-il la pièce ?.
- Par une journée ensoleillée, placez côte à côte au soleil un récipient transparent fermé et un récipient identique ouvert. Après 20 minutes, comparez à la main la chaleur de l'air à l'intérieur. Celui qui est fermé est nettement plus chaud.
- Ensuite, couvrez le récipient fermé d'une feuille blanche pour créer de l'ombre, et attendez encore 20 minutes. Vous constaterez qu'empêcher la lumière d'entrer est plus efficace que le simple fait d'avoir un couvercle ou non.
- Avant de monter dans une voiture garée au soleil, ouvrez toutes les fenêtres et attendez une minute, puis mettez à nouveau la main dans l'air intérieur. Le seul renouvellement de l'air change nettement la sensation.
Pour éviter les brûlures, ne touchez pas longtemps à mains nues le métal ou le verre chauffés. Écourtez les expériences et faites-les à l'ombre par temps chaud.
Pour en savoir plus ― vocabulaire, formules et liens avec les manuelsDu collège aux matières universitaires spécialisées, le niveau de chaque point est indiqué
- CollègeContenu du programme de sciences du collège
- LycéeContenu du programme de physique du lycée
- Lycée+Contenu approfondi du lycée, ou encart de manuel
- UniversitéContenu non enseigné au lycée, relevant d'une matière universitaire spécialisée (thermique, transfert radiatif)
- RechercheSujet encore à l'étude, non enseigné comme « acquis » même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Effet de serre : phénomène par lequel la température augmente à l'intérieur d'une enceinte qui laisse passer la lumière à ondes courtes mais pas la lumière à ondes longues. On utilise le même terme pour une voiture, une serre, ou la Terre entière.
- Rayonnement (rayonnement thermique) : émission de lumière par un objet en fonction de sa température, transportant ainsi de la chaleur. C'est pourquoi la chaleur se transmet même sans contact.
- Convection : transport de chaleur par le déplacement de l'air ou de l'eau chauffés eux-mêmes. Ce phénomène est actif en extérieur avec du vent, mais quasi inexistant dans une voiture fermée.
- Chaleur spécifique : quantité de chaleur nécessaire pour élever d'un degré la température d'une substance. L'air étant léger, sa température s'élève beaucoup avec peu de chaleur.
CollègeLycéeVérification par le calcul : à quelle vitesse l'air de l'habitacle chauffe-t-il ?
En considérant uniquement l'air de l'habitacle, et en supposant que toute l'énergie solaire servirait à le chauffer, estimons le temps nécessaire pour l'élever d'un degré. En réalité, une partie chauffe les sièges et la carrosserie, et une autre s'échappe vers l'extérieur. Il s'agit donc ici d'une « vitesse maximale ».
| Puissance du rayonnement solaire reçu au sol par temps clair | environ 1000 watts par mètre carré |
| Surface des vitres laissant entrer la lumière (petite voiture) | environ 3 mètres carrés |
| Volume d'air de l'habitacle (petite voiture) | environ 3 mètres cubes |
| Masse d'un mètre cube d'air | environ 1,2 kilogramme |
| Chaleur nécessaire pour élever d'un degré 1 kg d'air | environ 1000 joules |
| Puissance lumineuse reçue par la voiture (watts) | 1000 × 3 = 3000 |
| Masse de l'air de l'habitacle (kilogrammes) | 3 × 1,2 = 3,6 |
| Chaleur nécessaire pour élever tout l'air d'un degré (joules) | 3,6 × 1000 = 3600 |
| Temps pour une hausse d'un degré (secondes) | 3600 ÷ 3000 = 1,2 |
Il est plus clair de raisonner en unités qu'en symboles. Le watt signifie « joule par seconde ». En divisant des joules par des watts, on obtient donc des secondes. Pour l'air seul, une hausse d'un degré ne prendrait qu'environ une seconde. En réalité, c'est bien plus lent, car la chaleur est captée par les sièges et la carrosserie, et s'échappe peu à peu vers l'extérieur. Mais la tendance reste la même : la température continue de monter sans s'arrêter.
LycéeLycée+Pourquoi la longueur d'onde de la lumière dépend-elle de la température
LycéeTout objet émet une lumière correspondant à sa température, et plus la température est élevée, plus les ondes émises sont courtes. La surface du Soleil est à environ 6000 degrés, et le pic de sa lumière se situe vers le visible. Le pic de la lumière émise par un siège à 60 degrés est décalé bien plus loin, du côté de l'infrarouge à ondes longues.
Lycée+On sait que l'intensité de la lumière émise est proportionnelle à la puissance quatrième de la température absolue. Autrement dit, si la température absolue double, la lumière émise est multipliée par 16. Plus l'habitacle chauffe, plus la force qui pousse la chaleur à s'échapper augmente aussi ; la température ne monte donc pas indéfiniment, elle se stabilise là où l'entrée et la sortie de chaleur s'équilibrent. C'est ce plafond, souvent 20 à 30 degrés au-dessus de la température extérieure, qui fait l'objet de cet article.
UniversitéLa vitre s'ouvre ou se ferme selon la longueur d'onde
En thermique, on utilise une grandeur décrivant, longueur d'onde par longueur d'onde, la fraction de lumière transmise par un matériau. Le verre ordinaire transmet une forte proportion de la lumière visible jusqu'à l'infrarouge proche, mais devient quasiment opaque au-delà d'environ 4 micromètres. La majeure partie de la lumière solaire se situe dans la première plage, tandis que la lumière émise par des objets à température ambiante se situe dans la seconde. C'est ce décalage qui constitue la véritable nature de l'effet de serre. Ce n'est qu'en combinant le rayonnement avec la conduction à travers la carrosserie et la convection de l'air intérieur qu'on peut réellement prédire la température de l'habitacle.
RechercheCe qui n'est pas encore bien compris
- Répartition de la température dans l'habitacle Il existe de grands écarts entre le haut et le bas, ou le côté ensoleillé et le côté à l'ombre, si bien qu'une simple moyenne ne peut pas mesurer le danger réel. Où mesurer pour représenter fidèlement la contrainte subie par une personne reste une question de recherche active.
- Effet sur les petits corps On considère que la température corporelle des jeunes enfants monte plus vite que celle des adultes. Mais il est impossible d'expérimenter cela sur des humains pour savoir en combien de temps et jusqu'à quel point le danger apparaît. On utilise des mannequins et des modèles de calcul, dont la précision reste à confirmer.
- Vitres réfléchissant la chaleur Des films ne réfléchissant que l'infrarouge proche progressent, mais l'équilibre coût-efficacité entre la part de lumière visible transmise et la chaleur bloquée est encore en cours d'amélioration.
Autrement dit, le contenu de cet article reste « une explication fondée sur ce que l'on sait à ce jour ». Les valeurs varient beaucoup selon les conditions : lisez-les comme des ordres de grandeur.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière / chapitre | Passage correspondant de l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences : propriétés de la lumière / transmission de la chaleur | Le verre laissant passer la lumière, la chaleur transportée par convection |
| Lycée | Physique : chaleur et température / ondes électromagnétiques | Estimation de la hausse de température par la chaleur spécifique, et différence de longueur d'onde |
| Lycée+ | Physique : rayonnement thermique (approfondi, encart) | Ondes plus courtes à haute température, relation à la puissance quatrième |
| Université | Thermique, transfert radiatif / génie du bâtiment | Variation de la transmission selon la longueur d'onde, combinaison rayonnement-conduction-convection |
| Recherche | Physiologie environnementale / recherche sur la prévention des coups de chaleur | Répartition de la température dans l'habitacle et estimation de l'effet sur les petits corps |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Utiliser un pare-soleil, ventiler à fond avant de monter, ne jamais laisser une personne ou un animal dans la voiture |
- Site d'information sur la prévention des coups de chaleur, ministère de l'Environnement du Japon (環境省 熱中症予防情報サイト)
- Ministère de l'Environnement du Japon, « Manuel de santé environnementale sur le coup de chaleur » (環境省『熱中症環境保健マニュアル』), section sur les symptômes et les premiers secours
- Fédération automobile du Japon (日本自動車連盟), test utilisateur « Température intérieure des voitures en plein été »
- Agence météorologique du Japon (気象庁), « Observation du rayonnement solaire et du rayonnement thermique » et documents explicatifs sur les observations météorologiques
- Société japonaise de génie mécanique (日本機械学会), « Documents sur le transfert de chaleur » (『伝熱工学資料』), section sur le transfert radiatif et les propriétés spectrales des matériaux
※Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur destinés à faire comprendre le mécanisme. La température intérieure d'une voiture varie fortement selon le modèle, la couleur, la météo et l'heure. En cas de malaise, suivez les instructions des secours, des autorités locales ou des professionnels de santé.