Pourquoi, par grand froid, n’arrive-t-on plus à boutonner un manteau ?
― Les nouvelles de vos doigts arrivent en retard
Des doigts glacés n’ont pas perdu leur force. Le signal qui part du bout des doigts vers le cerveau ralentit. En plus, les capteurs de la peau s’émoussent, et l’on ne sait plus avec quelle force on pince. Ce n’est pas le côté « moteur » qui flanche en premier, mais le côté « sensation ».
Un matin d’hiver, sur le quai de la gare. Vous retirez vos gants et tentez de sortir une carte de votre portefeuille. Deux cartes sortent d’un coup, et impossible de les séparer.
Vous voulez ramasser la carte tombée, mais elle est collée au sol et vous n’arrivez pas à la saisir. Pendant que vous grattez avec l’ongle, la personne derrière vous la ramasse.
La force de vos bras n’a pourtant pas changé. Et pourtant, le bout de vos doigts semble appartenir à quelqu’un d’autre.
Il n’y a que deux raisons principales
La vitesse du signal entre le bout des doigts et le cerveau dépend de la température. Quand la main refroidit, elle tombe, dit-on, à environ la moitié. Les informations reçues par le cerveau sont d’autant plus périmées.
Dans la peau se trouvent de minuscules capteurs, qui détectent les plus petits glissements et vibrations. Au froid, ils s’émoussent, et l’on ne sait plus avec quelle force on pince. On serre donc plus fort que nécessaire.
Dans les deux cas, les muscles des doigts ne sont pas devenus faibles. Ce sont les informations nécessaires au mouvement qui deviennent tardives et grossières. Voyons cela pas à pas.
Un nerf n’est pas un fil électrique, mais un relais
Quand un signal parcourt un nerf, ce n’est pas du courant qui circule dans un fil de cuivre. De minuscules portes, dans la membrane des cellules, s’ouvrent l’une après l’autre. À chaque fois, l’état électrique change d’un cran et se transmet au voisin. L’ouverture et la fermeture de ces portes sont des réactions chimiques.
Or les réactions chimiques ralentissent au froid. C’est la même logique qui fait que les aliments se conservent mieux au réfrigérateur. Les nerfs n’y échappent pas. Dans les nerfs de la main humaine, on estime que la vitesse de transmission baisse d’environ 2 mètres par seconde à chaque degré perdu.
Dans une pièce chaude, la peau de la main est à environ 35 °C. Si l’air froid de l’hiver la fait descendre à 20 °C, la vitesse du signal devient inférieure à la moitié. Regardez la figure 1 : le temps d’arrivée, de 0,018 s pour la main chaude, passe à environ 0,040 s pour la main froide.
On serre trop fort parce que la sensation s’émousse
Quand nous tenons un verre, nous ne pensons pas à la force employée. De minuscules capteurs, dans la peau, détectent la toute petite vibration qui précède le glissement de l’objet, et le cerveau ajoute de la force par réflexe. Cet ajustement se fait normalement en moins de 0,1 s, dit-on.
Mais au froid, la réponse de ces capteurs s’affaiblit. Faute de savoir si l’objet risque de glisser, le cerveau préfère la prudence et serre fort d’emblée. Résultat : la force est là, mais les ajustements fins sont impossibles. C’est la situation la plus gênante.
Boutons, fermetures éclair, pièces de monnaie, fil de pêche. Ces tâches demandent non pas de « serrer fort », mais de « serrer peu et de varier finement ». C’est exactement le genre de geste que des doigts froids réussissent le plus mal en premier.
Quand le cœur du corps se refroidit, l’organisme resserre les vaisseaux des mains et des pieds pour ne pas perdre de chaleur. Moins de sang arrive dans la main, qui se refroidit encore plus. Si vos doigts ne se réchauffent pas malgré les gants : fermez votre veste, couvrez votre cou, buvez une boisson chaude. Le détour paraît long, mais il agit parfois plus vite.
Le toucher n’est pas seul à s’émousser : la perception de la température aussi. Si vous appuyez une main engourdie contre un poêle ou une bouillotte, vous risquez de rester longtemps au contact d’une chaleur plus forte que vous ne le croyez. Pour réchauffer, mieux vaut choisir quelque chose de pas trop chaud, comme de l’eau tiède ou le creux de votre aisselle.
Pour résumer
Si des doigts engourdis bougent mal, la cause se trouve d’abord du côté de la sensation, plus que dans les muscles. Le signal arrive en retard, les capteurs s’émoussent, et le cerveau commande les doigts avec des informations vieilles et grossières. C’est pourquoi la force est là, mais pas la finesse.
Des doigts engourdis n’ont pas perdu leur force.
Les nouvelles de vos doigts arrivent simplement en retard.
La finesse des informations que capte la peau est abordée dans Pourquoi sent-on au doigt la différence entre « rugueux » et « lisse » ?, et la réaction du corps au froid dans Pourquoi a-t-on la chair de poule quand il fait froid ?.
- Plongez une seule main dans l’eau froide du robinet pendant 2 minutes environ. Si vous ressentez une douleur, arrêtez aussitôt. N’utilisez pas d’eau glacée.
- Essuyez-la avec une serviette. Avec chaque main, saisissez une à une 10 pièces de 1 yen (ou de petites pièces légères) pour les empiler, et chronométrez.
- Ensuite, fermez les yeux et devinez si la pièce posée dans votre paume est légère ou plus lourde. La main froide distingue moins nettement.
Empiler les pièces devrait prendre environ 1,5 fois plus de temps avec la main froide. Une fois l’expérience terminée, réchauffez bien votre main.
Pour aller plus loin ― termes, formules, lien avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège à l’université
- CollègeCe qu’on apprend en sciences au collège
- LycéeCe qu’on apprend au lycée (bases de biologie et de chimie)
- Lycée +Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Matières spécialisées de l’université, non vues au lycée (physiologie, neurosciences)
- RechercheSujets que les chercheurs étudient encore, et qui ne sont pas enseignés comme acquis, même à l’université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Vitesse de conduction nerveuse : vitesse à laquelle le signal parcourt le nerf. Dans les gros nerfs de la main humaine, elle est d’environ 50 mètres par seconde.
- Mécanorécepteur : dispositif situé dans la peau, qui transforme en signal les variations de force : pression, glissement, vibration. Ils sont particulièrement denses au bout des doigts.
- Coefficient de température : nombre indiquant de combien de fois la vitesse d’une réaction change quand la température varie de 10 °C. Pour les réactions du vivant, il vaut environ 2 à 3.
CollègeLycéeVérifier par la formule : de combien le signal d’un doigt froid est-il retardé ?
Le sujet est le « temps mis par le signal pour aller du doigt au cerveau ». On déduit la vitesse de la température, puis le temps de la vitesse.
| En symboles | v ＝ v0 － k × ( T0 － T ) |
| En mots | vitesse de transmission au froid ＝ vitesse habituelle － perte par °C × baisse de température |
| D’où vient cette formule | Ce qui fait avancer le signal, ce sont les réactions chimiques d’ouverture et de fermeture des portes de la membrane, dont la vitesse baisse avec la température. La formule traite cette baisse comme une droite sur un petit intervalle de températures. |
| Formule du temps | t ＝ L ÷ v |
| En mots | temps d’arrivée ＝ distance ÷ vitesse |
| Vitesse habituelle v0 | 55 mètres par seconde (ordre de grandeur pour un gros nerf de la main) |
| Perte par °C, k | 2 mètres par seconde (par °C), dit-on |
| Températures de la peau T0 et T | 35 °C dans une pièce chaude, 20 °C dans l’air froid de l’hiver |
| Distance L | du bout des doigts au cerveau, environ 1 mètre |
| Baisse de température (°C) | 35 － 20 ＝ 15 |
| Perte de vitesse (mètres par seconde) | 2 × 15 ＝ 30 |
| Vitesse de la main froide (mètres par seconde) | 55 － 30 ＝ 25 |
| Temps de la main chaude (s) | 1 ÷ 55 ≒ 0,018 |
| Temps de la main froide (s) | 1 ÷ 25 ＝ 0,04 |
| Retard (s) | 0,04 － 0,018 ＝ 0,022 |
Ce retard, environ 2 centièmes de seconde, n’est pas perçu consciemment. Pourtant, le réflexe qui va de la perception du glissement à l’ajout de force fait plusieurs fois l’aller-retour sur ce trajet. À chaque aller-retour, le retard s’accumule, et plus le réglage est fin, plus il se dégrade facilement.
LycéeLycée +Pourquoi la température ralentit-elle la réaction ?
LycéeComme on l’apprend en chimie, la vitesse d’une réaction varie beaucoup avec la température. Plus les molécules s’agitent vivement, plus nombreuses sont celles qui franchissent la « barrière » nécessaire à la réaction. L’ouverture et la fermeture des portes de la membrane nerveuse consistent aussi à franchir une telle barrière.
Lycée +Cette dépendance à la température est décrite par la loi d’Arrhenius ; en physiologie, on utilise un coefficient de température simplifié. Pour le temps d’ouverture et de fermeture des portes nerveuses, ce coefficient vaut environ 2 à 3 : à 10 °C de moins, la vitesse tombe de moitié à un tiers. Pour la vitesse de conduction elle-même, le coefficient serait plus modéré.
Univ.La vitesse des portes de la membrane fixe directement celle du signal
Le signal qui parcourt un nerf s’appelle potentiel d’action ; sa forme et sa vitesse sont décrites par les équations de Hodgkin et Huxley. Ces équations contiennent les constantes de temps d’ouverture et de fermeture des canaux sodium et potassium, auxquelles s’applique le coefficient de température. Quand la température baisse, ces constantes de temps s’allongent, le front du signal s’arrondit et le temps nécessaire pour exciter la membrane voisine augmente. Cela se traduit par une baisse de la vitesse de conduction. À température encore plus basse, la porte n’a pas fini de se refermer quand le signal suivant arrive : la fréquence maximale de décharges répétées diminue aussi.
📖 Dérivation de la formule et suite : Potentiel d’action (Wikipédia en japonais)
RechercheCe que l’on ne sait pas encore bien
- Qu’est-ce qui joue le plus ? La maladresse au froid vient-elle du retard nerveux, de la baisse de sensibilité de la peau, de la raideur des articulations et des tendons, ou de la baisse de puissance des muscles eux-mêmes ? Dans quelle proportion ? On cherche encore à les démêler.
- Ceux qui s’habituent et ceux qui ne s’habituent pas. On rapporte que chez les personnes qui travaillent longtemps au froid, les vaisseaux se rouvrent plus fortement quand la main refroidit. Mais on n’a pas tranché : cette différence est-elle innée, ou acquise par l’habitude ?
- Protéger et sentir. Les gants protègent de la chaleur perdue, mais émoussent aussi la sensation. Comment concilier protection et sensation reste un problème sur lequel la conception des gants de travail tâtonne encore.
Le contenu de cet article est donc lui aussi « une explication dans l’état actuel des connaissances ». Toutes les valeurs varient beaucoup d’une personne à l’autre : lisez-les comme des ordres de grandeur.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière et chapitre | Où dans cet article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences / Fonctionnement des animaux (stimulus et réponse) | L’ensemble : le signal qui va du bout des doigts au cerveau |
| Lycée | Bases de biologie (nerfs) / bases de chimie (vitesse de réaction) | La partie sur le ralentissement des réactions au froid |
| Lycée + | Chimie (loi d’Arrhenius) / Biologie (conduction de l’excitation) | Le coefficient de température |
| Univ. | Physiologie, neurosciences (mathématiques de l’excitation membranaire) | La partie sur les équations de Hodgkin et Huxley |
| Recherche | Physiologie de l’environnement, ergonomie | Recherches sur le froid et la capacité de travail des mains |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Gestes fins en hiver, choix des gants, façon de réchauffer les mains |
- Toshinori Hongo et al. (dir.), Standard Physiology (『標準生理学』), Igaku-Shoin, chapitre sur l’excitation et la conduction nerveuses
- Denys, E. H. "The influence of temperature in clinical neurophysiology." Muscle & Nerve, 1991
- Heus, R., Daanen, H. A. M., Havenith, G. "Physiological criteria for functioning of hands in the cold: a review." Applied Ergonomics, 1995
- Johansson, R. S., Westling, G. "Roles of glabrous skin receptors and sensorimotor memory in automatic control of precision grip." Experimental Brain Research, 1984
- Potentiel d’action (Wikipédia en japonais)
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur et des estimations pour comprendre le mécanisme ; elles varient d’une personne à l’autre. Si, après un long moment au froid, la sensibilité de vos mains ou de vos pieds ne revient pas, ou si leur couleur change, ne décidez pas seul : suivez l’avis d’un service médical.