Pourquoi l’eau tiède paraît-elle brûlante sur une main glacée ?
― La peau ne mesure pas la température, mais l’« écart avec elle-même »
Quand vous rentrez par temps froid et vous lavez les mains, une simple eau tiède vous fait crier « aïe, ça brûle ! ». Pourtant, l’eau n’est pas brûlante. La peau n’a pas de thermomètre : elle perçoit l’écart avec sa propre température et la vitesse à laquelle la chaleur s’y engouffre.
Un soir de vent glacial, vous avez oublié vos gants et rentrez à vélo. Vos doigts sont engourdis et tout rouges.
Dans la salle de bains, vous ouvrez le robinet d’eau chaude, mettez la main dessous et la retirez aussitôt : « Aïe ! ». Mais un membre de la famille y plonge la sienne et dit : « Mais non, elle est tiède. »
Même eau, et pourtant l’un la trouve brûlante, l’autre tiède. L’une de vos mains ment-elle ?
Deux raisons seulement
La chaleur va du plus chaud vers le plus froid. Sa vitesse est proportionnelle à l’écart de température. Entre une main glacée et l’eau, l’écart est grand : la chaleur s’y précipite.
Les capteurs de température de la peau s’habituent et se calment quand la température reste la même un moment. Leur référence glisse vers votre propre température : la même eau est donc ressentie différemment selon la main.
Ainsi, la peau ne vous dit pas « l’eau est à tant de degrés ». Elle dit : « c’est tant plus chaud que moi, et ça me réchauffe à telle vitesse ». Reprenons cela pas à pas.
Plus l’écart est grand, plus la chaleur afflue
La paume d’une main ordinaire est à environ 33 °C. Si elle touche de l’eau à 38 °C, l’écart est de 5 °C. La chaleur entre doucement et vous sentez une chaleur agréable.
Mais après une marche en plein hiver, les doigts peuvent descendre jusqu’à 15 °C environ. L’écart avec la même eau à 38 °C atteint alors 23 °C. L’écart est environ 4,6 fois plus grand : la chaleur afflue donc environ 4,6 fois plus vite.
Regardez la figure 1. Quand vous baissez la température de la main avec le curseur, la flèche qui représente l’écart avec l’eau s’allonge. La barre de droite indique : « quelle eau faudrait-il à une main chaude pour ressentir le même écart ? » Pour une main à 15 °C, c’est 56 °C. Il est normal de trouver cela brûlant.
Les capteurs s’habituent très vite
La peau possède des nerfs sensibles au froid et d’autres sensibles au chaud. Les deux émettent leur signal le plus fort au moment où la température change. Si elle reste la même, le signal s’affaiblit nettement en quelques dizaines de secondes à quelques minutes.
Une main glacée s’est déjà habituée à ce froid. Pour ses nerfs, 15 °C est devenu la « normale ». Quand la température bondit soudain de 23 °C, ils envoient un grand signal : « Alerte, ça brûle ! »
La vitesse du réchauffement joue aussi. Quand l’écart est grand, la peau se réchauffe d’un coup, et cette rapidité est en soi un stimulus intense. Si les doigts froids picotent, c’est aussi, pense-t-on, parce que le sang, ralenti, se remet à circuler.
À l’inverse, si vous laissez la main environ une minute dans l’eau, la sensation de brûlure disparaît. La température de l’eau n’a pas changé. Mais la main s’est réchauffée, l’écart s’est réduit et les capteurs se sont habitués à la nouvelle température.
Dans un livre de 1690, le philosophe anglais John Locke décrit une expérience de pensée. On plonge une main dans l’eau chaude, l’autre dans l’eau froide, puis les deux dans la même eau tiède. La même eau paraît froide à une main et chaude à l’autre. On s’est servi de cet exemple pour soutenir que la sensation n’est pas une propriété de l’objet lui-même.
Si l’on explore la peau point par point avec une fine tige, on trouve des points qui ne sentent que le froid et d’autres qui ne sentent que le chaud. Les points du froid seraient plusieurs fois plus nombreux que ceux du chaud. Le corps semble donc plus attentif au refroidissement.
Ce qu’il est utile de savoir
Si vous testez l’eau du bain d’un bébé ou d’une personne âgée avec une main froide, elle vous semblera plus chaude qu’elle ne l’est. Après un long bain, au contraire, votre main la trouvera tiède. Pour vérifier la température, un thermomètre de bain est plus fiable que la main.
De plus, des doigts très froids et engourdis peuvent mal sentir la chaleur. Pour réchauffer une main glacée, il vaut mieux utiliser de l’eau tiède, lentement, plutôt que de l’eau chaude.
À retenir
La peau n’est pas un thermomètre. Elle prend sa propre température comme référence et vous signale l’écart avec elle, ainsi que la vitesse d’entrée de la chaleur. Pour une main glacée, l’écart avec l’eau à 38 °C est tout simplement trop grand.
Le « brûlant » n’est pas décidé par la température de l’eau,
mais par l’« écart » entre votre main et l’eau.
Pour savoir pourquoi le métal paraît plus froid que le bois à même température, lisez « Pourquoi le métal paraît-il plus froid que le bois ? ». Pour comprendre pourquoi des doigts engourdis ne savent plus boutonner un vêtement, lisez « Pourquoi, quand les mains sont engourdies par le froid, ne peut-on plus fermer un seul bouton ? ». Pour une histoire de nez sensible au « changement », voyez l’article sur le parfum de l’osmanthus.
- Préparez trois bassines : à gauche de l’eau froide du robinet, à droite de l’eau assez chaude (juste agréable au toucher), au milieu un mélange tiède entre les deux.
- Plongez la main gauche dans l’eau froide et la main droite dans l’eau chaude, environ une minute.
- Passez les deux mains en même temps dans la bassine du milieu. La main gauche la sentira « chaude », la droite « froide ». En attendant environ 30 secondes, vous verrez aussi les deux sensations se rejoindre.
L’eau chaude de droite doit rester à une température agréable pour la main. N’utilisez jamais d’eau trop chaude. Si des enfants essaient, qu’un adulte vérifie la température.
Pour aller plus loin ― termes, formules et liens avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège à l’université
- CollègeProgramme de sciences du collège
- LycéeProgramme de physique ou de SVT au lycée
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou encadré de manuel
- Univ.Matières spécialisées de l’université (transferts thermiques, physiologie sensorielle), non vues au lycée
- RechercheQuestions que les chercheurs étudient encore, non enseignées comme acquises même à l’université
CollègeVocabulaire : ce phénomène a des noms
- Points chauds et points froids : points de la peau qui ne sentent que le chaud ou que le froid. Les points froids seraient plus nombreux.
- Adaptation : quand un stimulus dure, le signal des nerfs sensoriels s’affaiblit. Cela vaut aussi pour les odeurs et la lumière.
- Transmission de la chaleur (conduction) : transfert de chaleur du plus chaud vers le plus froid entre deux corps en contact.
CollègeLycéeVérifier par le calcul : de combien la chaleur reçue par une main froide est-elle multipliée ?
Comparons la vitesse d’entrée de la chaleur de l’eau vers la peau pour une main chaude et une main froide. Dans la formule, q est la chaleur qui passe par seconde et par mètre carré (en watts par mètre carré), h un coefficient de facilité de transmission de la chaleur, Tw la température de l’eau et Ts celle de la peau (en °C).
| En symboles | q ＝ h × ( Tw − Ts ) |
| En mots | vitesse d’entrée de la chaleur ＝ facilité de transmission × (température de l’eau − température de la peau) |
| D’où vient-elle ? | De la loi du refroidissement de Newton : la chaleur qui traverse une surface de contact est proportionnelle à l’écart de température. Avec la même eau et la même main, h est commun ; pour comparer, il suffit donc de regarder l’écart |
| Température de l’eau Tw | 38℃ |
| Température d’une paume ordinaire | environ 33℃ |
| Température d’un doigt refroidi en plein hiver dehors | peut descendre jusqu’à 15℃ environ |
| Écart entre main chaude et eau | 38 − 33 ＝ 5 |
| Écart entre main froide et eau | 38 − 15 ＝ 23 |
| Rapport des vitesses d’entrée de la chaleur | 23 ÷ 5 ＝ 4.6 |
| Température d’eau donnant le même écart à une main chaude | 33 ＋ 23 ＝ 56 |
La chaleur afflue dans la main froide environ 4,6 fois plus vite que dans une main chaude. C’est le même écart de température que toucher de l’eau à 56 °C avec une main chaude. Cela dépasse largement les 43 °C environ où la douleur commence ; il est donc naturel de ressentir une brûlure et des picotements. Toutefois, la sensation réelle dépend aussi de l’adaptation et de la circulation du sang : ce n’est qu’un ordre de grandeur.
LycéeLycée+La sensation signale surtout le « changement »
LycéeEn SVT, on apprend que lorsqu’un récepteur reçoit un stimulus, le nerf émet des signaux électriques, d’autant plus fréquents que le stimulus est fort. Il en va de même pour les récepteurs de température : la fréquence des signaux grimpe au moment où la température de la peau change, puis retombe à un niveau faible.
Lycée+On distingue cette réponse « forte d’abord, plus faible ensuite » en réponse dynamique et réponse statique. Quand la peau est environ entre 30 et 36 °C, on ne sent bientôt plus ni chaud ni froid ; cette plage s’appelle la « zone de neutralité thermique (zone neutre) ».
Univ.Facilité de transmission de la chaleur et molécules sensibles à la température
Le h de la formule s’appelle en transferts thermiques le coefficient de transfert thermique ; il varie beaucoup selon que l’eau circule ou reste immobile. Une eau remuée paraît plus chaude parce que h augmente. En physiologie sensorielle, on sait que TRPM8 (un canal ionique qui réagit aussi au menthol) intervient dans la perception du froid, et TRPV1 (qui réagit aussi à la capsaïcine) dans la douleur de la chaleur. Les signaux du froid passeraient surtout par des fibres myélinisées fines (fibres Aδ), ceux du chaud par des fibres non myélinisées (fibres C).
📖 Démonstration de la formule et suites : Loi du refroidissement de Newton (Wikipédia, en japonais) ／ Coefficient de transfert thermique (Wikipédia, en japonais)
RechercheCe qu’on ne sait pas encore bien
- La molécule qui capte le « chaud » n’est pas tranchée. Contrairement à TRPM8 pour le froid, pour la chaleur agréable on en serait encore à plusieurs candidates.
- La nature des picotements. Quand on réchauffe un doigt froid, on ne sait pas distinguer ce qui revient à la récupération du nerf et ce qui revient à celle de la circulation du sang.
- La « carte des températures » dans le cerveau. Comment le cerveau assemble les signaux thermiques de la peau pour produire la sensation globale « il fait chaud ici » fait encore l’objet de recherches.
Le contenu de cet article est donc lui aussi « une explication dans l’état actuel des connaissances ». Au niveau moléculaire, la sensation de température est un domaine qui n’a progressé rapidement que depuis le début du XXIe siècle.
Liens avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière, chapitre | Où dans l’article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences (Japon, 2e année) « Stimulus et réaction », transmission de la chaleur | Points chauds et froids, la chaleur va du plus chaud au plus froid |
| Lycée | Physique « Chaleur », SVT « Récepteurs et nerfs » | Flux de chaleur proportionnel à l’écart, fréquence des signaux |
| Lycée+ | SVT approfondie (adaptation) | Réponses dynamique et statique, zone neutre |
| Univ. | Transferts thermiques, physiologie sensorielle | Coefficient de transfert, TRPM8 et TRPV1 |
| Recherche | Biologie moléculaire de la thermoréception | Molécule du chaud, intégration cérébrale |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Vérifier l’eau au thermomètre, réchauffer une main froide à l’eau tiède |
- John Locke, Essai sur l’entendement humain (1690), livre II, chapitre 8 ― l’expérience de pensée des trois eaux
- TRPM8 (Wikipédia en anglais)
- Loi du refroidissement de Newton (Wikipédia, en japonais)
- McKemy, D. D., Neuhausser, W. M., Julius, D. (2002) Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. Nature 416
- Ken’ichi Honma et al., 『標準生理学』 (Physiologie standard), Igaku-Shoin ― chapitre sur la somesthésie (sens de la température)
※ Cet article est une vulgarisation scientifique pour le grand public. Les valeurs données sont des ordres de grandeur pour comprendre le mécanisme. La température du corps et de la peau varie d’une personne à l’autre. Si un froid intense, un engourdissement ou une douleur des mains persiste, consultez un professionnel de santé.