Pourquoi un futon exposé au soleil devient-il tout gonflé ?
― Les acariens ne meurent pas au soleil
Par une belle journée, on met le futon à sécher dehors. Quand on le rentre, il a retrouvé un volume qu'on ne lui connaissait plus. On entend souvent que « le soleil tue les acariens » ou que « sa force ravive les fibres ». Ni l'un ni l'autre n'est la vraie raison. Ce qui quitte le futon, c'est l'eau que vous y avez fait pénétrer la nuit précédente.
Le matin, vous soulevez la couette : seule la place de votre corps est écrasée à plat. Vous avez beau la tapoter, elle ne reprend presque pas sa forme.
Vous la sortez sur le balcon, la laissez quelques heures, puis vous la rentrez. Dès que vous la soulevez, elle semble plus légère. Son épaisseur est revenue.
C'est le même futon, et pourtant quelle différence entre avant et après. Qu'est-ce que le soleil lui a fait ?
Deux choses décident du gonflement
On dit qu'une personne transpire environ un verre d'eau par nuit. Une bonne part passe dans le futon et s'installe entre les fibres de coton ou de plumes. L'eau est lourde et colle les fibres entre elles, ce qui les empêche de gonfler.
L'épaisseur d'un futon ne vient pas des fibres elles-mêmes, mais de l'air qu'elles retiennent. Quand l'eau part, les fibres peuvent de nouveau plier librement et reprennent leur forme grâce à leur propre élasticité.
Autrement dit, le côté « tout gonflé » n'est pas un cadeau nouveau du soleil. Le poids de l'eau disparaît, et le futon retrouve simplement la forme qu'il avait au départ. Et le fameux « le soleil tue les acariens » ? Nous y reviendrons en détail plus loin.
Ce qui gonfle, c'est l'air, pas les fibres
Dans une couette comme dans un matelas, l'essentiel du volume est de l'air. Le coton et les plumes forment un enchevêtrement de fines fibres qui créent des vides où l'air reste emprisonné. Comme cet air ne bouge pas, la chaleur s'échappe difficilement et on se sent au chaud.
Mais quand l'eau s'infiltre, tout change. Elle se glisse dans les interstices minuscules et, par tension superficielle, rapproche les fibres. C'est comme des cheveux mouillés qui s'aplatissent en mèches, mais à l'intérieur du futon. Regardez la partie gauche de la figure 1 : les fibres sont écrasées et les poches d'air sont réduites.
Au soleil, la température du futon monte. L'eau, réchauffée, part sous forme de gaz. La force qui rapprochait les fibres disparaît, et elles se redressent, comme à droite sur la figure 1. C'est à cet instant que l'épaisseur revient.
« Le soleil tue les acariens » : jusqu'à quel point est-ce vrai ?
Les acariens des futons sont surtout des acariens de la poussière, du genre Dermatophagoides. Ils se nourrissent de pellicules et de peau morte, et laissent des substances qui provoquent démangeaisons et éternuements. On dit qu'ils meurent lorsqu'ils restent un certain temps dans un milieu dépassant à peu près 50 °C.
Le problème est de savoir jusqu'où cette température pénètre dans le futon. Même par beau temps, seule la face tournée vers le soleil devient très chaude. À l'intérieur et sur l'envers, la température ne dépasse souvent que de peu celle de l'air extérieur.
De plus, les acariens se déplacent. Quand une face chauffe, ils passent simplement du côté frais ou plus profond. Comme sur la figure 2, il reste toujours un « refuge » dans le futon. Le séchage au soleil ne réduit donc pas beaucoup leur nombre.
Pour autant, ce n'est pas inutile. On dit que les acariens prolifèrent dans les endroits humides. Chasser l'eau en séchant rend le milieu moins favorable. Il vaut mieux y voir un moyen de leur rendre la vie moins agréable que de les tuer directement.
Certains font sécher le futon sous une grande housse noire. La surface noire absorbe bien la lumière et devient très chaude, et l'air à l'intérieur de la housse reste enfermé. La chaleur gagne alors aussi l'intérieur du futon, pas seulement la surface, et l'eau s'en va plus facilement que sur un simple séchage.
En tapant fort, on casse les fibres, qui se réduisent en fine poussière restant dans le futon. Les déjections et les cadavres d'acariens sont eux aussi broyés et s'envolent. On dit qu'il est plus raisonnable de brosser légèrement la surface, puis de passer l'aspirateur.
Ce qu'il faut retenir
Le côté tout gonflé d'un futon n'est pas une création du soleil. L'eau absorbée pendant la nuit s'en va, et les fibres retrouvent leur élasticité d'origine. La lumière du soleil sert à chasser cette eau. Quant aux acariens, le soleil ne les tue pas vraiment : il transforme leur milieu en un endroit sec, où ils prolifèrent moins. C'est l'explication la plus proche de la réalité.
Ce qui s'en va au séchage, c'est un verre d'eau.
Ce qui a gonflé, ce n'est pas la fibre, c'est l'air revenu.
Le mécanisme par lequel l'eau qui devient gaz emporte beaucoup de chaleur est aussi détaillé dans Pourquoi un chien tire-t-il la langue en haletant ? Quant aux fibres qui changent de forme en séchant, c'est un phénomène de la même famille que Pourquoi une pomme de pin se ferme-t-elle quand elle est mouillée et s'ouvre-t-elle quand elle sèche ?
- Choisissez une pièce de literie transportable, comme un oreiller ou un coussin, et pesez-la dès le matin. Une balance de cuisine suffit.
- Par temps clair, laissez-la sécher 2 à 3 heures, puis pesez-la de nouveau dès que vous la rentrez. Si elle a perdu quelques dizaines de grammes, c'est l'eau qui est partie.
- Faites la même chose à l'ombre, dans un endroit bien aéré, et comparez la perte de poids. Cela prend plus de temps qu'au soleil, mais la perte a bien lieu.
Si le poids baisse aussi à l'ombre, c'est que ce qui compte n'est pas « la lumière du soleil elle-même » mais « les conditions qui permettent à l'eau de partir ». Par temps de pluie ou d'air très humide, la perte est presque nulle.
Pour aller plus loin ― termes, formules et lien avec les manuelsLe niveau de chaque passage est indiqué, du collège aux cours universitaires spécialisés
- CollègeCe qu'on apprend en sciences au collège
- LycéeCe qu'on apprend au lycée dans les cours de base de physique et de chimie
- Lycée+Approfondissement du lycée, ou contenu traité en encadré dans les manuels
- Univ.Ce qu'on n'apprend pas au lycée : cours universitaires spécialisés (transfert thermique, phénomènes de transport)
- RechercheCe qui n'est pas enseigné comme acquis, même à l'université : sujets que les chercheurs étudient en ce moment
CollègeVocabulaire : ce phénomène a un nom
- Évaporation : passage d'un liquide à l'état gazeux par sa surface, même sans atteindre son point d'ébullition. C'est ce qui fait partir l'eau du futon.
- Chaleur latente de vaporisation : chaleur nécessaire pour transformer un liquide en gaz sans changer sa température. C'est une chaleur qui disparaît sans faire monter le thermomètre.
- Conductivité thermique : grandeur qui indique la facilité avec laquelle la chaleur se transmet. Celle de l'air immobile est faible, d'où la chaleur du futon.
- Force capillaire : force par laquelle l'eau, entrée dans un interstice fin, attire les objets voisins. C'est la cause du regroupement des fibres mouillées.
CollègeLycéeVérification par le calcul : combien de minutes de soleil faut-il pour évaporer l'eau d'une nuit ?
L'eau est la vedette. Calculons donc « combien de minutes de soleil il faut pour transformer en gaz toute l'eau absorbée par le futon ». C'est le temps lui-même que l'on cherche.
| En symboles | t ＝ (m × L) ÷ (S × A) |
| En mots | temps nécessaire ＝ (masse d'eau × chaleur d'évaporation) ÷ (intensité du soleil × surface exposée) |
| D'où vient cette formule ? | De la conservation de l'énergie : on pose que la chaleur totale reçue d'en haut équilibre la chaleur qui transforme l'eau en gaz |
| t | Temps nécessaire. Unité : seconde |
| m | Masse d'eau absorbée par le futon. Unité : kilogramme |
| L | Chaleur nécessaire pour transformer 1 kilogramme d'eau en gaz. Unité : kilojoule par kilogramme |
| S | Intensité du soleil : chaleur reçue par 1 mètre carré en 1 seconde. Unité : watt |
| A | Surface du futon tournée vers le soleil. Unité : mètre carré |
| Eau passée dans le futon en une nuit (m) | environ 0.2 kilogramme (à peu près un verre) |
| Chaleur latente de vaporisation de l'eau (L) | environ 2400 kilojoules par kilogramme (autour de 30 ℃) |
| Soleil en plein jour par beau temps (S) | environ 700 watts par mètre carré |
| Surface du futon face au soleil (A) | environ 2 mètres carrés |
| Chaleur nécessaire pour transformer l'eau en gaz | 0.2 × 2400 ＝ 480 (kilojoules) |
| Conversion en joules | 480 × 1000 ＝ 480000 (joules) |
| Chaleur reçue par le futon en 1 seconde | 700 × 2 ＝ 1400 (watts) |
| Temps nécessaire | 480000 ÷ 1400 ≒ 343 (secondes) |
| En minutes | 343 ÷ 60 ≒ 5.7 (minutes) |
Si l'on ne compte que la chaleur, environ 6 minutes suffisent. Pourtant, un vrai séchage au soleil prend 2 à 3 heures. Ce n'est pas la chaleur qui manque : c'est que la vapeur met du temps à remonter du fond du futon jusqu'à la surface. Une bonne partie du rayonnement reçu sert à réchauffer le futon et l'air, ou repart simplement au dehors. On voit ainsi que ce qui décide du gonflement, c'est moins l'intensité du soleil que « l'aération » et « la sécheresse de l'air ».
LycéeLycée+La température ne monte pas : où la chaleur est-elle passée ?
LycéeOn appelle chaleur sensible celle qui réchauffe un objet, et chaleur latente celle qui ne fait que changer son état sans bouger sa température. L'eau du futon reçoit surtout de la chaleur latente. C'est pourquoi la température du futon monte moins qu'on ne le croit pendant le séchage. La valeur de 2400 kilojoules par kilogramme utilisée plus haut est justement cette chaleur latente.
Lycée+La quantité d'eau qui peut partir dépend de l'état de l'air. L'air à une température donnée ne peut contenir qu'une quantité limitée de vapeur d'eau : c'est la pression de vapeur saturante. La relation entre température et pression de vapeur saturante est donnée par la formule de Clausius-Clapeyron. La différence entre la quantité de vapeur près du futon et celle de l'air ambiant fixe la vitesse d'évaporation. Un jour très humide, le linge ne sèche pas, car cette différence est faible.
Univ.Le séchage se fait en deux périodes
Le séchage des poudres, des aliments ou des fibres relève des phénomènes de transport en génie chimique. Tant que la surface est bien mouillée, la quantité d'eau qui s'évapore par unité de temps reste à peu près constante : c'est la période à vitesse constante. Puis l'eau n'arrive plus jusqu'à la surface, la vitesse chute et l'on entre dans la période à vitesse décroissante. Si l'effet d'un long séchage s'amenuise vers la fin, c'est que l'on est entré dans cette seconde phase. Transfert de chaleur et transfert de matière y progressent ensemble, et l'on emploie le nombre de Lewis, grandeur sans dimension qui exprime leur rapport.
📖 Démonstration de la formule et suite : Chaleur de vaporisation (chaleur latente de vaporisation)
RechercheCe que l'on ne sait pas encore bien
- Quelle proportion d'eau part réellement d'un futon domestique ? Les combinaisons de matière, d'épaisseur et de durée sont trop nombreuses, et les mesures pouvant servir de repère commun restent peu nombreuses.
- Le détail du comportement des acariens face à la chaleur. À partir de quel écart de température et à quelle vitesse se déplacent-ils ? Les rapports varient selon l'espèce et l'humidité.
- De combien peut-on réduire les substances allergisantes ? Réduire le nombre d'acariens et réduire les substances à l'origine des symptômes sont deux problèmes distincts, et l'effet des mesures applicables à la maison est toujours à l'étude.
Le contenu de cet article n'est donc lui aussi qu'une « explication de l'état actuel des connaissances ». Les propriétés du futon varient selon les matériaux : lisez les valeurs comme des ordres de grandeur.
Lien avec les manuels (par niveau)
| Niveau | Matière · chapitre | Où dans l'article |
|---|---|---|
| Collège | Sciences · changements d'état et chaleur | L'eau qui devient gaz absorbe de la chaleur |
| Lycée | Physique de base · quantité de chaleur et chaleur latente | L'ensemble du calcul de « Vérification par le calcul » |
| Lycée+ | Sciences de la Terre · pression de vapeur saturante | Pourquoi rien ne sèche quand l'air est humide |
| Univ. | Génie chimique · phénomènes de transport | Périodes de séchage à vitesse constante et décroissante |
| Recherche | Habitat · allergologie | Vérification de l'effet des mesures contre les acariens |
| ― | Lien avec la vie quotidienne | Choisir l'heure du séchage, éviter de battre le futon |
- Chaleur de vaporisation (Wikipédia en japonais) ― définition de la chaleur latente de vaporisation et valeurs pour l'eau
- Journal de la Société japonaise d'économie domestique (日本家政学会誌) et autres : rapports sur l'absorption et la libération d'humidité de la literie
- Ministry of Health, Labour and Welfare (厚生労働省) : documents explicatifs sur les « mesures d'environnement de vie contre les maladies allergiques »
- Society of Chemical Engineers, Japan (化学工学会), éd. : Kagaku Kōgaku Binran (化学工学便覧, Manuel de génie chimique), chapitre sur le séchage (distinction entre période à vitesse constante et décroissante)
※ Cet article est une explication scientifique grand public. Les valeurs indiquées sont des ordres de grandeur, données pour comprendre le mécanisme. Pour les mesures touchant à la santé, comme les allergies, suivez les conseils d'un médecin ou d'un organisme spécialisé selon vos symptômes.