Pourquoi les engelures apparaissent-elles lors des journées aux grands écarts de température plutôt qu'en plein hiver ?
― Les vaisseaux des doigts se contractent vite, mais se détendent lentement
Les engelures ne naissent pas d'un doigt gelé. Quand on se réchauffe, les vaisseaux resserrés par le froid ne se rouvrent pas tous au même rythme : seule la « sortie » traîne. Le sang s'accumule alors et suinte à travers la paroi. Les engelures sont donc plus fréquentes entre deux saisons, quand on alterne sans cesse froid et chaleur.
Le matin, votre souffle fait de la buée ; à midi, il fait si doux qu'on n'a plus besoin de veste. Cela dure quelques jours, au début de l'hiver.
Le soir, au sortir du bain, vous glissez les pieds sous le kotatsu (table chauffante). Soudain, vos orteils se mettent à démanger. Le petit orteil est gonflé, violacé.
Ce n'est pourtant pas le cœur de l'hiver en pays de neige. Et les démangeaisons ne surviennent pas quand vous avez froid, mais quand vous vous réchauffez. Pourquoi ?
Il y a deux raisons principales
Pour ne pas perdre de chaleur, le corps rétrécit les vaisseaux des extrémités. Si le diamètre d'un vaisseau est divisé par deux, le débit de sang tombe à 1/16.
Les vaisseaux qui amènent le sang s'ouvrent vite, mais ceux qui le ramènent tardent à s'ouvrir. Le sang, sans issue, s'accumule et suinte hors des vaisseaux.
Autrement dit, l'engelure naît moins du froid lui-même que du passage « froid → chaud ». Être ballotté plusieurs fois par jour entre températures hautes et basses en est le déclencheur.
Un vaisseau un peu plus étroit, et le débit s'effondre
Les doigts, les lobes d'oreille et le bout du nez sont loin du centre du corps et dépassent vers l'extérieur. Ce sont les endroits où la chaleur s'échappe le plus facilement. Quand il sent le froid, le corps resserre donc les petits vaisseaux proches de la peau pour garder le sang chaud à l'intérieur.
L'effet de ce resserrement est plus grand qu'on ne le croit. Le débit d'un liquide dans un tuyau est proportionnel à la puissance 4 de son rayon. Si le rayon est divisé par deux, le débit n'est pas divisé par deux, mais par 16. Dans la figure 1, changez l'épaisseur du vaisseau avec le curseur.
C'est une réaction normale, qui sert à protéger la chaleur du corps. Le problème survient ensuite, au moment du réchauffement.
Au réchauffement, seule l'entrée s'ouvre d'abord
Dans le bout d'un doigt, le sang suit grosso modo deux voies : une « entrée » et une « sortie ». Les fines artères qui apportent le sang du cœur sont l'entrée ; les veines qui le ramènent au cœur sont la sortie.
Quand on réchauffe brusquement un doigt froid, l'artère d'entrée s'ouvre vite. Mais du côté de la sortie, les veines restent resserrées pendant un certain temps, pense-t-on. Regardez la figure 2 : il entre plus de sang, mais la voie de sortie reste étroite. Le sang s'accumule dans le doigt, qui gonfle et devient violacé.
Quand le sang s'accumule et que la pression monte dans le tuyau, l'eau du sang traverse la paroi du vaisseau : c'est le gonflement. De plus, autour des vaisseaux refroidis à répétition, une inflammation se développe, ce qui causerait démangeaisons et douleurs.
C'est pourquoi une seule journée froide suffit rarement. Au Japon, les engelures seraient fréquentes quand la température minimale est d'environ 4 à 5 °C et que l'écart au cours de la journée dépasse 10 °C. Voilà pourquoi elles augmentent au début de l'hiver ou au début du printemps, plus qu'en plein hiver glacial.
L'eau emporte la chaleur bien plus vite que l'air. Avec des chaussettes humides de sueur ou des gants mouillés par un jeu dans la neige, le bout des doigts se refroidit fortement même si la température n'est pas très basse. Si les engelures sont fréquentes aux pieds des enfants, c'est en partie parce que ceux-ci se mouillent facilement en jouant dehors.
Dans une gelure, la peau et les chairs gèlent réellement et sont abîmées. L'engelure est un trouble de la circulation du sang qui se produit à des températures sans gel. Toutefois, si la couleur violette devient noirâtre ou si une cloque crève et ne guérit pas, consultez un dermatologue.
Alors, que faire ?
Une fois le mécanisme compris, la prévention est claire. Trois points : ne pas se refroidir, ne pas rester mouillé, ne pas réchauffer d'un coup. Approcher un pied froid d'eau très chaude ou d'un poêle accentue au maximum le décalage entre l'entrée et la sortie. Réchauffez doucement, avec de l'eau tiède.
En résumé
Une engelure n'est pas la trace d'un froid insupportable. À chaque refroidissement le corps resserre les vaisseaux, à chaque réchauffement il les rouvre. Un bout de doigt forcé à ces va-et-vient répétés finit par ne plus suivre le retard de la sortie : voilà la marque qu'il garde.
Ce qui fabrique les engelures, ce n'est pas le froid, mais l'aller-retour entre le froid et la chaleur.
Se réchauffer doucement est la meilleure prévention.
Le mécanisme qui rend les doigts gourds par temps froid est expliqué dans « Pourquoi, quand les mains sont engourdies par le froid, ne peut-on même plus boutonner un vêtement ? », et les dangers d'un froid plus intense dans « Pourquoi l'hypothermie peut-elle survenir même les jours "pas si froids" ? ».
- Plongez le bout des doigts d'une main dans de l'eau froide (eau du robinet avec quelques glaçons) pendant environ 30 secondes. Si c'est trop froid et douloureux, arrêtez aussitôt.
- Sortez-les et comparez la couleur des ongles avec ceux de l'autre main. Les ongles des doigts refroidis doivent paraître pâles, vidés de leur sang.
- Attendez quelques minutes à température ambiante. La couleur des ongles retrouve peu à peu du rouge, et peut même être un moment plus rouge que celle de l'autre main.
Le blanchiment correspond au resserrement des vaisseaux, le retour du rouge à leur réouverture. Ne tentez pas l'expérience si vous avez des engelures ou si la couleur de vos doigts change fortement.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsDu collège à l'université, le niveau de chaque passage est indiqué
- CollègeAu programme de sciences du collège
- LycéeAu programme de « biologie » ou de « physique » du lycée
- Lycée +Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- UniversitéMatières spécialisées de l'université (physiologie, mécanique des fluides, dermatologie), absentes du lycée
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, non enseignés comme acquis, même à l'université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Engelure (en japonais : tōsō) : nom médical des engelures. Sous l'effet du froid non glacial et de réchauffements répétés, les extrémités (doigts, orteils), les oreilles ou le nez gonflent en rouge violacé, avec démangeaisons ou douleurs.
- Vasoconstriction : rétrécissement des petits vaisseaux de la peau, sous l'action du système nerveux autonome, quand on a froid. Elle réduit la chaleur perdue vers l'extérieur.
- Congestion : état où le sang, qui ne s'écoule pas, s'accumule à un endroit. La couleur rouge violacé des engelures en vient.
CollègeLycéeVérifier par la formule : de combien le débit baisse-t-il si le vaisseau a la moitié du diamètre ?
Le débit d'un liquide qui coule lentement dans un tuyau fin est proportionnel à la puissance 4 du rayon. En admettant que cela s'applique à peu près au sang, calculons le débit quand les vaisseaux du bout des doigts sont resserrés.
| En symboles | Q ＝ π × r⁴ × ΔP ÷ ( 8 × η × L ) |
| En mots | débit ＝ pi × rayon à la puissance 4 × différence de pression entre les extrémités ÷ (8 × viscosité du liquide × longueur du tuyau) |
| D'où vient cette formule | Elle découle de l'équilibre entre la force de poussée due à la différence de pression aux extrémités et la force de frottement visqueux le long de la paroi (loi de Hagen-Poiseuille). |
| Symbole Q | Débit (volume par seconde) |
| Symbole r | Rayon du tuyau. Ici, on raisonne en rapport, la valeur normale valant 1 |
| Symboles ΔP, η, L | Différence de pression, viscosité, longueur. On les suppose inchangées avant et après le resserrement |
| Rayon du vaisseau resserré | 0,5 fois la normale (exemple pour l'explication) |
| Rayon du vaisseau un peu resserré | 0,8 fois la normale (exemple pour l'explication) |
| Rayon ×0,5 : d'abord le carré | 0.5 × 0.5 ＝ 0.25 |
| Encore au carré, pour la puissance 4 | 0.25 × 0.25 ＝ 0.0625 |
| Quelle fraction de la normale | 1 ÷ 0.0625 ＝ 16 |
| Rayon ×0,8 : d'abord le carré | 0.8 × 0.8 ＝ 0.64 |
| Encore au carré, pour la puissance 4 | 0.64 × 0.64 ≒ 0.41 |
| Exemple d'écart de température dans la journée (max. 12 °C, min. 2 °C) | 12 − 2 ＝ 10 |
Il suffit de resserrer le rayon de 20 % pour que le débit tombe à environ 40 %. À la moitié, il est divisé par 16. Un tout petit changement de diamètre modifie beaucoup la chaleur qui arrive au bout du doigt. Voilà pourquoi un léger retard de la sortie suffit à creuser un grand écart entre le sang qui entre et celui qui sort, et à faire stagner le sang.
LycéeLycée +Le mécanisme de protection de la température du corps, et son effet secondaire
LycéeLe diamètre des vaisseaux de la peau est réglé par le système sympathique, une partie du système nerveux autonome. Par temps froid, le sympathique agit et les vaisseaux se resserrent ; par temps chaud, ils se relâchent et laissent la chaleur s'échapper. C'est un exemple classique d'« homéostasie » en biologie de lycée.
Lycée +Au bout des doigts, il existe des raccourcis appelés « anastomoses artério-veineuses », qui relient directement artères et veines sans passer par les capillaires. Ils se ferment par temps froid et s'ouvrent largement au réchauffement. Leur ouverture et leur fermeture feraient beaucoup varier le débit sanguin du bout des doigts.
UniversitéMicrocirculation et réponse vasculaire au froid
En physiologie universitaire, la circulation dans les petits vaisseaux s'appelle la « microcirculation ». L'écoulement dans un tuyau fin obéit à la loi de Hagen-Poiseuille, d'où vient la loi de la puissance 4 du rayon. Mais comme le sang contient des globules rouges, il faut des corrections : dans de très petits vaisseaux, la viscosité apparente change (effet Fåhræus-Lindqvist). On connaît aussi la vasodilatation induite par le froid (réaction de Lewis, ou « hunting reaction ») : si l'on garde un doigt dans l'eau froide, les vaisseaux d'abord resserrés s'ouvrent et se referment périodiquement. En dermatologie, l'engelure (tōsō en japonais) s'explique comme une réaction vasculaire anormale au froid, avec inflammation.
📖 Dérivation de la formule et suite : Écoulement de Hagen-Poiseuille (Wikipédia, en japonais) ／ Engelure (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe que l'on ne sait pas encore clairement
- Pourquoi, pour un même froid, certains en souffrent et d'autres non. On évoque le terrain et la génétique, mais on ne sait pas bien quel facteur pèse de combien.
- Comment l'inflammation démarre. Est-ce la stagnation du sang ou l'inflammation de la paroi qui vient d'abord ? Plusieurs hypothèses existent sur l'ordre précis.
- Le rôle de la vasodilatation induite par le froid. On discute encore pour savoir si cette ouverture périodique des vaisseaux d'un doigt froid protège des engelures ou y est peu liée.
Le contenu de cet article est donc lui aussi « une explication dans l'état actuel des connaissances ». Lisez l'idée d'un décalage de vitesse de retour entre l'entrée et la sortie comme l'une des explications couramment avancées.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière · chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences, 2e année : « circulation du sang » | Artères et veines, entrée et sortie |
| Lycée | Biologie : « système nerveux autonome et homéostasie » | Comment les vaisseaux de la peau se resserrent par temps froid |
| Lycée + | Biologie approfondie : « thermorégulation » | Anastomoses artério-veineuses des doigts |
| Université | Physiologie, mécanique des fluides, dermatologie | Loi de Hagen-Poiseuille, vasodilatation induite par le froid, engelure |
| Recherche | Biologie vasculaire, dermatologie | Différences de terrain, début de l'inflammation |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Changer de chaussettes mouillées, réchauffer un pied froid doucement dans de l'eau tiède |
- Wikipédia en japonais, « 凍瘡 » (engelure)
- Wikipédia en japonais, « ハーゲン・ポアズイユ流れ » (écoulement de Hagen-Poiseuille)
- 本郷利憲・廣重力ほか監修『標準生理学』医学書院 (Hongō Toshinori, Hiroshige Tsutomu et al., dir., « Physiologie standard », Igaku-Shoin ; chapitres sur la thermorégulation et la circulation)
- 清水宏『あたらしい皮膚科学』中山書店 (Shimizu Hiroshi, « La nouvelle dermatologie », Nakayama Shoten ; section sur l'engelure)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique destinée au grand public. Les valeurs indiquées sont des repères approximatifs pour comprendre le mécanisme. Si les symptômes sont forts, durent, ou si la couleur devient noirâtre, ne décidez pas seul : consultez un établissement médical.