Les jours rallongent, les températures montent, la saison cycliste est lancée. Familles, amoureux de balades à vélo, cyclistes amateurs et professionnels et actifs se rendant au travail en vélo souhaitent prendre soin de leur santé. Et sans nul doute, le cyclisme fait partie des sports les plus sains – tant que l'on protège sa tête avec un casque. D'après un sondage du Bureau de prévention des accidents (bpa), le nombre de cyclistes portant un casque a certes triplé entre 1998 et 2015. Toutefois, seulement un peu moins de la moitié de l'ensemble des cyclistes se protège des accidents : 53 pour cent se faufilent parmi les voitures sans protection de tête. De nombreux réfractaires au port du casque expliquent leur comportement – qui cause chaque année, selon le bpa, plus de 1000 blessures à la tête évitables – par la trop grande chaleur qui règne sous le casque.

Le taux de porteurs de casque pourrait s'améliorer par un confort thermique optimisé, ce à quoi les fabricants de casques de vélo travaillent depuis longtemps : ils font régulièrement tester des prototypes de nouveaux casques ou se fondent sur des valeurs empiriques de leur entreprise. Or, les deux méthodes sont limitées car elles débouchent souvent sur des résultats qui restent subjectifs. De plus, les tests avec des volontaires sont chronophages et onéreux. Du côté de la recherche, des modèles thermiques sont employés depuis des années. Cependant, ils structurent souvent la tête en deux zones à peine, la zone du visage et la partie restante du crâne. De ce fait, leurs résultats s'avèrent limités à propos des flux locaux de chaleur. Or, précisément ces informations sont importantes pour optimiser le confort thermique des casques de vélo. Le modèle de tête humaine utilisé depuis peu par l'Empa permet des résultats bien plus précis.

Les lignes de délimitation sur la surface marquent la répartition du modèle de tête en neuf zones. Les pores synthétiques sont visibles sous forme d'ouvertures via lesquelles le modèle peut délivrer du liquide, autrement dit transpirer.

Le modèle de l'Empa segmente la tête en neuf zones, ce qui permet l'analyse de la circulation locale de chaleur dans les différentes zones de la tête, même les plus petites comme les tempes. Ainsi, les chercheurs peuvent constater sur quelles parties de la tête sous le casque l'aération est optimale et si les concepts de ventilation des fabricants de casques fonctionnent vraiment. Sous le casque, l'air passe idéalement du front au-dessus de la tête et sort au niveau de l'arrière de la tête ou – en fonction du modèle – de la nuque. Cela permet l'évacuation de la chaleur générée au-dessus de la tête. Cependant, ce confort approche une valeur optimale (théorique) qui jusqu'à présent, n'est atteinte que très rarement.

Afin de comparer le nouveau modèle de tête avec l'ancien, les chercheurs de l'Empa ont effectué des tests avec des casques classiques en simulant les rayons du soleil avec une lampe à infrarouge et le vent avec une soufflerie. Bilan : le nouveau modèle à structure fine s'est avéré absolument équivalent – avec un avantage décisif : le transport local de la chaleur peut être ainsi analysé très précisément.

Ensuite, les scientifiques ont relié leur nouveau modèle de tête à un modèle de corps humain thermophysiologique et virtuel qui simule les réactions du corps suscitées par l'échange de chaleur à la surface corporelle. Ainsi, par exemple : si le nouveau modèle de tête signale une émission de chaleur réduite ou si le corps absorbe de la chaleur par la tête, le modèle du corps humain stimule son système de refroidissement – la sudation. De telles interactions entre le modèle de tête et le modèle de corps permettent aux chercheurs de réaliser divers scénarios, par exemple : comment le corps d'un cycliste qui porte un certain casque et roule à 20 km/h avec un léger vent arrière pendant une journée de plein été se comporterait-il ? À quel endroit du corps la chaleur s'accumule-t-elle et quelles zones sont bien aérées ?

Ainsi, les experts peuvent apporter aux fabricants des données détaillées, locales et objectives sur les designs de leurs casques. Désormais, les fabricants dépendent donc moins des tests fastidieux marqués par les impressions subjectives des volontaires. Les cyclistes peuvent envisager un plus grand confort : les chercheurs espèrent augmenter ainsi le taux de port du casque et contribuer à la prévention des blessures.

Comme pour la tête, les chercheurs de l'Empa ont travaillé avec des modèles d'autres parties du corps, comme les pieds et le tronc. Le principe reste le même : à l'aide des modèles, les scientifiques peuvent analyser la circulation de la chaleur à travers les textiles et les autres vêtements et simuler les réactions thermophysiologiques du corps. D'après Simon Annaheim du département de l'Empa « Protection et physiologie », un objectif à long terme serait le développement d'un modèle qui relierait les différentes parties comme la tête, le tronc et les pieds au modèle de corps humain. Mais c'est un objectif extrêmement exigeant, souligne le chercheur, car les interactions thermiques entre les parties du corps doivent être prises en compte dans le modèle. En d'autres termes : les flux de chaleur dans une partie du corps ont des répercussions sur ceux d'autres parties du corps. Le nombre de facteurs influents augmente et le motif d'interaction devient plus complexe.