La simulation montre que de petites variations sur le taux d'humidité peuvent avoir un profond effet sur le corps des athlètes aux Jeux de Tokyo
28 juillet 2021
Une nouvelle simulation montrant l'impact de la chaleur et de l'humidité dans le stade olympique de Tokyo, a mis en évidence les conditions délicates auxquelles les athlètes sont confrontés - risques de coup de chaleur, de déshydratation et d'épuisement – lors de jeux de Tokyo.
Des ingénieurs de la division Manufacturing Intelligence du Groupe Hexagon, dont le logiciel de simulation est utilisé par des fabricants comme Airbus, Toyota et Samsung, ont simulé les effets de la chaleur et de l'humidité sur les athlètes masculins participant aux 10 000 m (la plus longue course réalisée dans le stade). Bien que cette épreuve ait lieu après le coucher du soleil, les simulations montrent que les athlètes subissent tout de même des conditions très éprouvantes.
Les simulations indiquent que même dans des conditions météorologiques moyennes, 27 °C en juillet et un taux d'humidité de 70 %, les coureurs qui participent à la course des 10 km pourraient avoir une température corporelle supérieure à 39 °C. Une température qui dépasse 38 °C est considérée comme un état fébrile, et des recherches montrent que les êtres humains doivent maintenir leur température corporelle entre 35 et 39 °C pour que les réactions biochimiques du corps soient optimales. Lorsque la température ressentie est supérieure à 32,2°C, les athlètes peuvent subir des coups de chaleur, des crampes ou un état d'épuisement dû à la chaleur.
Les températures moyennes à Tokyo à la fin du mois de juillet et au début du mois d'août sont les plus élevées enregistrées par une ville organisatrice des Jeux depuis 1984, et lors des derniers Jeux organisés dans la capitale japonaise en 1964, des fonctionnaires ont reporté les compétitions en octobre en raison d'inquiétudes similaires à propos de la chaleur. Le coup de chaleur est sans doute la plus grande menace qui plane sur les participants. Il est dû à une exposition prolongée à un taux d'humidité et des températures élevés en l'absence (presque) totale de vent, et peut provoquer un évanouissement, des convulsions ou un épuisement général.
Pour montrer à quel point les athlètes pourraient subir l'impact préjudiciable de la chaleur avec juste quelques degrés de différence, les ingénieurs ont simulé deux scénarios :
- Températures plus hautes que la moyenne : vitesse de vent négligeable, température de l'air de 32 °C et 90 % d'humidité
- Conditions moyennes pour la saison : vitesse de vent négligeable, température de l'air de 27 °C et 70 % d'humidité.
Les simulations montrent l'impact considérable d'une faible variation météorologique. Si la température de l'air dépasse la moyenne de seulement cinq degrés, la température corporelle simulée augmente à 39,77 °C et la température de la peau à 37 °C.
En plus, dans le scénario le plus chaud, la température cérébrale des athlètes peut dépasser 40 °C sachant que même dans des conditions moyennes, celle-ci atteint 39,2°C. De tous les organes, c’est le cerveau qui est le plus sensible à la chaleur. Celle-ci peut changer les modes d'activité neuronale, entraînant la mort neuronale et des convulsions. Les cuisses et le bassin (tous deux 40,7 °C) sont d'autres zones corporelles affectées par des températures corporelles très élevées lorsque la température de l'air est supérieure à la moyenne.
L'humidité joue aussi un rôle important en relation avec la performance et la santé des athlètes. Au mois de juillet, le taux d'humidité moyen à Tokyo est de 70 %, mais s'il atteint 90 %, les athlètes exsuderont en moyenne 810 ml, comparé aux 630 ml pendant les 30 minutes que dure approximativement la course. Alors que la transpiration favorise le refroidissement du corps en évaporant la chaleur par la peau, la forte humidité contenue dans l'air pendant les jours humides, réduit considérablement l'effet de refroidissement de l'évaporation, si bien que l'inconfort des athlètes est exacerbé dans ces conditions. En même temps, la déshydratation accélère l'augmentation de la température corporelle globale, en renforçant à son tour son impact.
Cette simulation se concentre sur les 10 000 m, la course la plus longue effectuée dans le stade, mais les résultats montrent que tous les athlètes présents aux Jeux sont confrontés à des conditions délicates, en particulier ceux qui participent à des événements d'endurance et ceux qui prennent part aux épreuves de la mi-journée, où la température pourrait grimper à plus de 30 °C. Le changement climatique est considéré comme un facteur clé des températures croissantes à Tokyo, la température moyenne ayant augmenté de 2,9 °C depuis 1900, plus de trois fois plus qu'à l'échelle mondiale.
Pour créer ces simulations, les ingénieurs se sont servis de la mécanique des fluides numérique (MFN ou CFD) – une discipline qui simule les phénomènes thermiques / fluidiques. Le logiciel Cradle CFD d’Hexagon utilise un maillage non structuré pour représenter avec précision une géométrie complexe. Il est en général utilisé pour concevoir des systèmes de climatisation, comprendre les caractéristiques de confort et même pour élaborer des sèche-linges plus efficaces.
Ces conditions simulées incluent la vitesse du vent et l'humidité, la chaleur produite par les athlètes sur une durée de 30 minutes (temps approximatif de la course) et le flux d'air créé par le déplacement. Le confort corporel des athlètes est analysé avec le module de thermorégulation système commun JOS-2 (modèle JOS), développé par un groupe de recherche à l'université de Waseda, au Japon. Le modèle JOS peut tenir compte de la taille, du sexe et de l'âge des êtres humains. En combinant le modèle de thermorégulation et la MFN (mécanique des fluides numérique), il a été possible d'analyser les effets des changements de l'environnement sur les températures corporelles et la peau à travers le corps.
Keith Hanna, VP Marketing du département Conception & Ingénierie, de la division Manufacturing Intelligence, a précisé : « La décision de maintenir les Jeux à Tokyo durant l’été a fait parler. Ces simulations montrent les conditions dans lesquelles se dérouleront les compétitions. Les athlètes ont l'habitude de se dépenser aux limites de leurs capacités, et ces simulations montrent à quel point les conditions des épreuves ont un impact sur la performance, ainsi que les risques auxquels le corps humain est soumis dans une situation extrême. Ce qui est très intéressant dans ces petites marges de variation, c’est qu'une différence de température de quelques degrés peut avoir un grand impact. C'est donc une question de temps pour voir si nous dépasserons le point de basculement de 39 °C. »
Vous trouverez ici une vidéo des simulations et plus de détails scientifiques.
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