ISO 13506-2:2024

Protective clothing against heat and flame - Part 2: Skin burn injury prediction - Calculation requirements and test cases

This document provides technical details for calculating predicted burn injury to human skin when its surface is subject to a varying heat flux, such as may occur due to energy transmitted through and by a garment or protective clothing ensemble exposed to flames. A series of test cases are provided against which the burn injury prediction calculation method is verified. It also contains requirements for the in situ calibration of the thermal energy sensor - skin injury prediction system for the range of heat fluxes that occur under garments. The skin burn injury calculation methods as presented in this test method do not include terms for handling short wavelength radiation that may penetrate the skin. The latter include arc flashes, some types of fire exposures with liquid or solid fuels, and nuclear sources.

Habillement de protection contre la chaleur et les flammes — Partie 2: Prédiction de blessure par brûlure de la peau — Exigences de calculs et cas d'essai

Le présent document fournit des détails techniques permettant de calculer la prédiction de blessure par brûlure de la peau humaine lorsque sa surface est soumise à un flux de chaleur variable, par exemple en raison de l'énergie transmise à travers et par un vêtement ou un ensemble de vêtements de protection exposés aux flammes. Une série de cas d'essai est présentée, permettant de vérifier la méthode de calcul de la prédiction des blessures par brûlure. Il contient également des exigences pour l'étalonnage in situ du capteur d'énergie thermique — système de prédiction des lésions cutanées pour la gamme de flux de chaleur qui se produisent sous les vêtements. Les méthodes de calcul des blessures par brûlure de la peau telles qu'elles sont présentées dans la présente méthode d'essai ne comprennent pas de termes permettant de traiter les rayonnements de courte longueur d'onde susceptibles de pénétrer la peau. Ces derniers comprennent les arcs électriques, certains types d'exposition au feu avec des combustibles liquides ou solides, et les sources nucléaires.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 11-Jun-2024
• ICS: 13.340.10 - Protective clothing
• Technical Committee: ISO/TC 94/SC 13 - Protective clothing
• Drafting Committee: ISO/TC 94/SC 13/WG 2 - Protective clothing against heat and flame
• Current Stage: 6060 - International Standard published
• Start Date: 12-Jun-2024
• Due Date: 26-May-2024
• Completion Date: 12-Jun-2024

Relations

• Consolidates: ISO/IEC 22603-1:2021 - Information technology - Digital representation of product information - Part 1: General requirements
• Effective Date: 06-Jun-2022
• Revises: ISO 13506-2:2017 - Protective clothing against heat and flame - Part 2: Skin burn injury prediction - Calculation requirements and test cases
• Effective Date: 19-May-2018

Overview

ISO 13506-2:2024 - Protective clothing against heat and flame: Part 2: Skin burn injury prediction specifies calculation requirements and verification test cases for predicting burn injury to human skin when exposed to varying heat fluxes transmitted through protective garments. It defines a skin model, the use of manikin thermal energy sensor data (from companion ISO 13506-1 testing), and the damage integral (Ω) thresholds used to predict first-, second- and third-degree burn areas. The standard also sets requirements for in situ calibration of the thermal energy sensor - skin injury prediction system for heat fluxes that occur under garments. Note: the methods exclude effects of short‑wavelength radiation (e.g., arc flashes, some liquid/solid fuel fires, nuclear sources).

Key Topics and Requirements

• Skin model and thermal response: layered skin model (epidermis, dermis, subcutaneous tissue) used to compute internal temperature fields and predict injury depth.
• Manikin sensor data: time-varying heat flux data from an instrumented manikin (per ISO 13506-1) are required as input for calculations.
• Damage integral (Ω): calculation of the Ω value to indicate burn severity. Example thresholds in the document: Ω = 0.53 at 75 µm (~epidermis/dermis) for predicted first‑degree burns; Ω = 1.0 at 75 µm for second‑degree; Ω = 1.0 at 1 200 µm for third‑degree burns.
• Test cases and verification: a series of standardized test cases are provided to verify and validate burn prediction algorithms and software implementations.
• In situ calibration: procedures and requirements for calibrating the thermal energy sensor - skin injury prediction system across the range of heat fluxes encountered under garments.
• Outputs and reporting: defined reporting of predicted burn areas (first-, second-, third-degree and total burn area) based on sensor coverage and specimen area.

Applications and Who Uses It

• Protective clothing manufacturers use ISO 13506-2:2024 to evaluate and optimize garment designs for heat and flame protection.
• Test laboratories and certification bodies apply the calculation method and verification test cases to produce reproducible burn-prediction data.
• Fire service and industrial safety engineers use predicted burn-area metrics to assess risk and select appropriate PPE for workers exposed to flame and high heat.
• Standards committees and researchers rely on the defined skin model and test cases for method development and interlaboratory comparisons.

Related Standards

• ISO 13506-1 (instrumented manikin test method)
• ISO 11612 (industrial protective clothing)
• ISO 11999-3 / EN 469 (firefighter protective clothing references)
• NFPA 2112 / ASTM F1930 (related burn-prediction/test methodologies)

Keywords: ISO 13506-2:2024, skin burn injury prediction, protective clothing, heat flux, manikin sensors, in situ calibration, damage integral, burn area.

Standards Content (Sample)

International
Standard
ISO 13506-2
Second edition
Protective clothing against heat
2024-06
and flame —
Part 2:
Skin burn injury prediction —
Calculation requirements and
test cases
Habillement de protection contre la chaleur et les flammes —
Partie 2: Prédiction de blessure par brûlure de la peau —
Exigences de calculs et cas d'essai
Reference number
© ISO 2024
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CP 401 • Ch. de Blandonnet 8
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Website: www.iso.org
Published in Switzerland
ii
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 General . 3
5 Apparatus, specimen preparation and test procedure . 3
6 Predicted skin burn injury calculation . 4
6.1 Skin model .4
6.1.1 General .4
6.1.2 Manikin sensor heat flux values as function of time .4
6.1.3 Determination of the predicted skin and subcutaneous tissue (adipose) internal
temperature field .4
6.1.4 Initial and boundary conditions .6
6.1.5 Determination of the Ω value for the prediction of skin burn injury .7
6.1.6 Time to pain .7
7 Skin burn injury calculation test cases and in situ calibration . 8
7.1 Test cases and in situ validation .8
7.2 Skin layer temperature prediction test cases .8
7.2.1 General .8
7.2.2 Case one .8
7.2.3 Case two .8
7.2.4 Accuracy requirement .9
7.3 Skin burn injury calculation test cases.9
7.4 In situ validation of burn injury prediction .10
8 Test report .11
8.1 General .11
8.2 Skin model .11
8.3 Calculated results .11
8.3.1 General .11
8.3.2 Predicted area (%) of manikin injured based on the total area of the manikin
containing heat flux sensors . 12
8.3.3 Predicted area (%) of manikin injured based only on the area of manikin
covered by the test specimen . 12
8.3.4 Other information . 12
Annex A (normative) Skin model with temperature-dependent thermal conductivity, k(x,T) .13
Annex B (informative) Interlaboratory test data analysis .16
Bibliography .18

iii
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through
ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee
has been established has the right to be represented on that committee. International organizations,
governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely
with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are described
in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular, the different approval criteria needed for the different types
of ISO document should be noted. This document was drafted in accordance with the editorial rules of the
ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
ISO draws attention to the possibility that the implementation of this document may involve the use of (a)
patent(s). ISO takes no position concerning the evidence, validity or applicability of any claimed patent
rights in respect thereof. As of the date of publication of this document, ISO had not received notice of (a)
patent(s) which may be required to implement this document. However, implementers are cautioned that
this may not represent the latest information, which may be obtained from the patent database available at
www.iso.org/patents. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the voluntary nature of standards, the meaning of ISO specific terms and
expressions related to conformity assessment, as well as information about ISO's adherence to the World
Trade Organization (WTO) principles in the Technical Barriers to Trade (TBT) see the following URL:
www.iso.org/iso/foreword.html.
This document was prepared by Technical Committee ISO/TC 94, Personal safety — Personal protective
equipment, Subcommittee SC 13, Protective clothing, in collaboration with the European Committee for
Standardization (CEN) Technical Committee CEN/TC 162, Protective clothing including hand and arm
protection and lifejackets, in accordance with the Agreement on technical cooperation between ISO and CEN
(Vienna Agreement).
This second edition of ISO 13506-2, cancels and replaces the first edition (ISO 13506-2:2017), which has
been technically revised.
A list of all parts in the ISO 13506 series can be found on the ISO website.
Any feedback or questions on this document should be directed to the user’s national standards body. A
complete listing of these bodies can be found at www.iso.org/members.html.

iv
Introduction
The purpose of heat and flame-resistant protective clothing is to shield the wearer from hazards that can
cause skin burn injury. The clothing can be made from one or more materials, which can be made into a
garment or protective clothing ensemble for testing on a manikin fire exposure system.
This document is a companion document to ISO 13506-1. The data gathered by tests according to ISO 13506-1
are used as input for this calculation.
In ISO 13506-1, a stationary, upright, adult-sized manikin (male or female) is dressed in a garment or
protective clothing ensemble and exposed to a laboratory simulation of a fire with controlled heat flux,
duration and flame distribution. The average incident heat flux to the exterior of the garment is 84 kW/
m . Thermal energy sensors are fitted to the surface of the manikin. The output from the sensors is used
to calculate the heat flux variation with time and location on the manikin and to determine the total
energy absorbed over the data-gathering period. The data-gathering period is selected to ensure that the
total energy transferred will no longer be rising. The information obtained from the calculation of skin
burn injury prediction (see Annex B) can be used to assist in evaluating the performance of the garment or
protective clothing ensemble under the test conditions. It can also be used as a model-based tool to estimate
the extent and nature of potential skin damage resulting from the exposure of the test garment.
Fit of the garment or protective clothing ensemble on the manikin is important. Thus, variations in garment
or protective clothing ensemble design and how the manikin is dressed by the operator may influence the
test results and skin burn injury prediction. Experience suggests that testing a garment one size larger than
the standard can reduce the percentage of predicted body burn by up to 5 %.
ISO 13506-1 uses the calculated skin injury information in the calculation of the thermal manikin
performance factor.
The method described in this document as an optional part in the fire fighter standards ISO 11999-3 and
EN 469 and as an optional part in the industrial heat and flame protective clothing standard ISO 11612.
[5] [6]
The National Fire Protection Association standard NFPA 2112 specifies ASTM F1930-18 , which is a
test method similar to the one described in ISO 13506-1 and which contains skin burn injury prediction
calculations similar to the one described in this document.

v
International Standard ISO 13506-2:2024(en)
Protective clothing against heat and flame —
Part 2:
Skin burn injury prediction — Calculation requirements and
test cases
1 Scope
This document provides technical details for calculating predicted burn injury to human skin when its
surface is subject to a varying heat flux, such as may occur due to energy transmitted through and by a
garment or protective clothing ensemble exposed to flames. A series of test cases are provided against
which the burn injury prediction calculation method is verified. It also contains requirements for the in situ
calibration of the thermal energy sensor — skin injury prediction system for the range of heat fluxes that
occur under garments.
The skin burn injury calculation methods as presented in this test method do not include terms for handling
short wavelength radiation that may penetrate the skin. The latter include arc flashes, some types of fire
exposures with liquid or solid fuels, and nuclear sources.
2 Normative references
The following documents are referred to in the text in such a way that some or all of their content constitutes
requirements of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references,
the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO 11610, Protective clothing — Vocabulary
ISO 13506-1, Protective clothing against heat and flame — Part 1: Test method for complete garments —
Measurement of transferred energy using an instrumented manikin
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 13506-1 and ISO 11610 and the
following apply.
ISO and IEC maintain terminological databases for use in standardization at the following addresses:
— ISO Online browsing platform: available at https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: available at https:// www .electropedia .org/

3.1
burn injury
damage which occurs at various depths within human tissue due to elevated temperatures resulting from
heat transfer to the surface
Note 1 to entry: Burn injury in human tissue occurs when the tissue is heated and kept at an elevated temperature
(>44 °C) for a critical period of time. In this document, it is assumed that skin has three layers: the epidermis, which
is the tough outer layer, the dermis, which is the layer below the epidermis, and the subcutaneous tissue (adipose),
which is the fatty layer of tissue deeper than the dermis. In this document, it is assumed that the thicknesses of the
layers are the same everywhere on the human body. Variations in thickness that occur with age, location and sex are
not included. The severity of damage, referred to as predicted first-, second-, or third-degree (or partial thickness or
full thickness) burn injury, depends upon the magnitude of the elevated temperature above 44 °C and the time during
which it remains at or above 44 °C.
3.1.1
first-degree burn injury
first-degree burn
burn damage in which only the superficial part of the epidermis has been injured
Note 1 to entry: The skin turns red, but does not blister or actually burn through. First-degree burn injury is reversible.
In this document, the time for a predicted first-degree burn injury to occur is indicated when the value of Ω = 0,53 [see
Formula (3)] at a skin depth of 75 μm, i.e. at the epidermis/dermis interface.
3.1.1.1
first-degree burn injury area
first-degree burn area
sum of the areas represented by heat flux sensors for which only a calculated first-degree burn injury (3.1.1)
is predicted to occur
3.1.2
second-degree burn injury
second-degree burn
partial thickness burn
burn damage in which the epidermis and a varying extent of the dermis are burned, but the entire thickness
of the dermis is not usually destroyed and the subcutaneous layer is not injured
Note 1 to entry: Second-degree burn injury is more serious than first-degree burn injury, resulting in complete
necrosis (living cell death) of the epidermis layer, usually accompanied with a blister, but is reversible especially if the
affected area is small. In this document, the time for a predicted second-degree burn injury to occur is indicated when
the value of Ω = 1,0 [see Formula (3)] at a skin depth of 75 μm, i.e. at the epidermis/dermis interface.
3.1.2.1
second-degree burn injury area
second-degree burn area
sum of the areas represented by heat flux sensors for which a calculated second-degree burn injury is the
most severe injury predicted to occur
3.1.3
third-degree burn injury
third-degree burn
full thickness burn
burn damage which extends through the dermis, into or beyond the subcutaneous tissue
Note 1 to entry: Third-degree burn injury is not reversible. In this document, the time for a predicted third-degree
burn injury to occur is indicated when the value of Ω = 1,0 [see Formula (3)] at a skin depth of 1 200 μm, i.e. at the
dermis/subcutaneous interface.
3.1.3.1
third-degree burn injury area
third-degree burn area
sum of the areas represented by the heat flux sensors for which a calculated third-degree burn injury (3.1.3)
is predicted to occur
3.1.4
total burn injury area
total burn area
sum of the areas represented by the heat flux sensors for which at least a second-degree burn injury is
predicted to occur
3.2
omega value
Ω
skin injury parameter, the value of the damage integral [see Formula (3)], which indicates predicted burn
injury (3.1) at specific skin depths and temperature regimes
3.3
time to pain
time taken for the pain receptors to reach 43,2 °C
Note 1 to entry: In this document, the pain receptors are located 195 μm below the surface of the skin.
4 General
The calculation of predicted skin burn injury is a desirable result when used to compare the relative
performance of protective clothing using test methods that measure heat to the manikin surface for a
defined thermal energy exposure. This document outlines the calculation method that shall be used for
this purpose when conducting the tests as described in ISO 13506-1. ISO 13506-1 specifies the method
for the measurement of the energy transfer, which can be used as a basis for evaluation of the relative
thermal protective performance of the test specimen. The performance is a function of both the materials
of construction and design and of fit of clothing onto the test manikin. The average exposure heat flux is
84 kW/m with durations from 3 s to 20 s.
Predicted burn injury determined in this test method uses a simplified mathematical model that does not
directly translate into actual human skin burn injury for any exposure test conditions. The model is based
[8]
on measurements on human volar forearms (Stoll and Greene ).
The test specimen is placed on an adult-size manikin (see ISO 13506-1:2024, 5.1) at ambient atmospheric
conditions and exposed to a laboratory simulation of a fire with controlled heat flux, duration and flame
distribution. The test procedure, data acquisition, result calculations and preparation of the test report are
performed with computer hardware and software programs.
Thermal energy transferred through the test specimen and from the test specimen to the surface of the
manikin during and after the exposure is measured by heat flux sensors positioned in the surface of the
manikin. The amount of heat varies with time. The method specified in this document uses the heat flux
measurements of ISO 13506-1 to calculate the predicted time to pain for each thermal energy sensor, the
first, second- and third-degree burn injury areas, and the total burn injury area resulting from the exposure.
Identification of the test specimen, test conditions, comments and remarks about the test purpose and
response of the test specimen to the exposure are recorded and are included as part of the test report. The
total energy transferred and/or the predicted skin burn injury area, and the way the test specimen responds
to the flame exposure are indicators for the performance of the test specimen for this test method. The skin
burn injury prediction method can be used with other test methods that produce similar exposures.
Clause 6 gives the details of the required calculation of predicted skin injury, while Clause 7 lists a series
of test cases against which the calculation method shall be tested to demonstrate compliance with the
specified accuracy.
5 Apparatus, specimen preparation and test procedure
The apparatus details, test specimen preparation and dressing and the test procedure are given in
ISO 13506-1:2024, Clauses 5 to 8. In addition to the calibration procedures given in ISO 13506-1:2024,
Annex C, laboratories shall carry out the validation described in Clause 7.

6 Predicted skin burn injury calculation
6.1 Skin model
6.1.1 General
This document contains the specifications for two skin models.
— The skin property values for the skin model with temperature-dependent thermal conductivity (Skin
Model A) shall be as specified in the Table 1, Table 2 and Annex A.
— The skin property values for the skin model with temperature-independent thermal conductivity (Skin
Model B) shall be as specified in Table 1 and Table 3.
NOTE 1 The skin property values listed in Table 1 to Table 3 and Annex A and the calculation test cases specified
in Clause 7 were determined by a task group within ASTM (American Society for Testing and Materials) working on
[6]
ASTM F1930 , a test method developed jointly with the ISO 13506 series. The task group reverse engineered the Stoll
[7]
and Greene experiments so as to match within 10 % the Ω = 1,0 [Formula (3)] condition for all the Stoll partial blister
test cases. The values for the thicknesses of the three layers (in vivo) in the forearms of adult males were found in the
literature, as was the initial temperature gradient through the layers in the forearm (1 °C). Using this information, the
[8]
formulae given in 6.1.3 and 6.1.5 and the values of P and ΔE determined by Weaver and Stoll shown below, trial and
error and optimization techniques were used to find the values of thermal conductivity, specific heat and density of
[7]
the individual layers so that, with one set of values, all the Stoll and Greene experimental skin injury measurements
[8]
plus extensions calculated by Weaver and Stoll could be predicted with Ω = 1 ± 0,1. The values determined are
representative of the living tissue (in vivo). As such, blood flow and its potential effect on the results/predictions are
implicit in the solution using the formulae and parameters given in below.
NOTE 2 ASTM F1930 contains detailed historical information on the development of skin injury prediction due to
thermal influx from hot fluids and pure radiant sources.
6.1.2 Manikin sensor heat flux values as function of time
-2
The absorbed heat flux values, qt , in kW m for each manikin sensor, i, at each time step, t, as provided
()
i
by ISO 13506-1 shall be taken as data input for the calculation of skin burn injury prediction.
6.1.3 Determination of the predicted skin and subcutaneous tissue (adipose) internal
temperature field
6.1.3.1 General
The thermal exposure shall be represented as a transient one-dimensional heat diffusion problem in which
the temperature within the epidermis and dermis layers of skin and subcutaneous tissue (adipose) varies
with both position (depth) and time, and is described by the parabolic differential Formula (1) (Fourier’s
field equation):
∂T ∂ T
ρC =k (1)
p
∂t
∂x
where
-3 -1
ρC is the volumetric heat capacity, in J·m ·K ;
p
t is the time, in s;
x is the depth from skin surface, in m;
T(x,t) is the temperature at depth x and time t, in °C;
-1 -1
k(x,T) is the thermal conductivity at depth x and temperature T, in W·m ·K .

The parameters specified for Skin Model A (i.e. in Table 1, Table 2 and Annex A) or for Skin Model B (i.e. in
Table 1 and Table 3) shall be used when solving Formula (1).
Table 1 — Skin model — Thickness of layers and depth of the interface between layers
Epidermis/ Dermis/
Skin Subcutaneous
Parameter Epidermis dermis Dermis subcutaneous
surface tissue
interface tissue interface
Depth from skin surface
0 75 1 200
(μm)
Thickness of layer
75 1 125 3 885
(μm)
6.1.3.2 Physical properties for skin model with temperature-dependent thermal conductivity, k
(Skin Model A)
The thermal conductivity of each of the layers of the skin is known to vary with temperature due to the
generalized thermo-physical characteristics of the layer components (simplified composition: water, protein
[9] [10]
and fat). Cooper and Trezek and Knox, et. al. have developed relationships for estimating the thermo-
physical properties of the skin and subcutaneous (adipose) layers based on the percentage of water, protein
and fat in each layer. Annex A identifies values for the layer compositions, layer volumetric heat capacity,
ρC (x), and temperature-dependent thermal conductivity, k(x,T) as function of generalized skin layer
p
components (water, protein and fat) that meet the requirements of Clause 7 and can be used for solving
Formula (1). Reference values of thermal conductivity (for temperature of 32,5 °C), layer volumetric heat
capacity and layer compositions are identified in Table 2. See Annex A for the calculation of the values of the
thermal conductivity, k, at temperatures different 32,5 °C.
Table 2 — Physical properties for skin model with temperature-dependent thermal conductivity, k
Parameter Epidermis Dermis Subcutaneous tissue
Thermal conductivity,
-1 -1
k (W·m ·K ) 0,615 5 0,597 6 0,365 9
at T(0, 0) = 32,5 °C
Volumetric heat capacity,
6 6 6
4,158 × 10 4,017 × 10 2,285 × 10
-3 -1
ρC (J·m ·K )
p
Water fraction (% mass) 80 70 20
Fat fraction (% mass) 6 12 72
Protein fraction (% mass) 14 18 8
6.1.3.3 Physical properties for skin model with thermal conductivity, k, independent from
temperature (Skin Model B)
When assuming that the thermal conductivity, k, is dependent only on the layer and independent of
temperature, the values for thermal conductivity, k, and volumetric heat capacity, ρC , shown in Table 3 meet
p
the requirements of Clause 7 when used in solution to Formula (1).
Table 3 — Physical properties for skin model with thermal conductivity, k, independent from
temperature
Parameter Epidermis Dermis Subcutaneous tissue
Thermal conductivity
0,628 0 0,58
...

Norme
internationale
ISO 13506-2
Deuxième édition
Habillement de protection contre la
2024-06
chaleur et les flammes —
Partie 2:
Prédiction de blessure par brûlure
de la peau — Exigences de calculs et
cas d'essai
Protective clothing against heat and flame —
Part 2: Skin burn injury prediction — Calculation requirements
and test cases
Numéro de référence
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Case postale 401 • Ch. de Blandonnet 8
CH-1214 Vernier, Genève
Tél.: [phone]
E-mail: [e-mail]
Web: www.iso.org
Publié en Suisse
ii
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d'application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Généralités . 3
5 Appareillage, préparation des éprouvettes et mode opératoire d'essai . 4
6 Calcul des blessures par brûlure de la peau . 4
6.1 Modèle de peau .4
6.1.1 Généralités .4
6.1.2 Valeurs du flux de chaleur des capteurs du mannequin en fonction du temps .4
6.1.3 Détermination du champ de température interne prévisible de la peau et du
tissu sous-cutané (adipeux) .4
6.1.4 Conditions initiales et limites .7
6.1.5 Détermination de la valeur Ω pour la prédiction de blessure par brûlure de la
peau .7
6.1.6 Temps de réaction à la douleur .8
7 Cas d'essai et étalonnage in situ pour le calcul des blessures par brûlure de la peau . 9
7.1 Cas d'essai et validation in situ .9
7.2 Cas d'essai de prédiction de la température de la couche de peau .9
7.2.1 Généralités .9
7.2.2 Premier cas .9
7.2.3 Deuxième cas .9
7.2.4 Exigence de précision .9
7.3 Cas d'essai pour le calcul des blessures par brûlure de la peau .10
7.4 Validation in situ de la prédiction des brûlures .11
8 Rapport d'essai .12
8.1 Généralités . 12
8.2 Modèle de peau . 12
8.3 Résultats calculés. 12
8.3.1 Généralités . 12
8.3.2 Surface prévisible (%) du mannequin blessé sur la base de la surface totale du
mannequin contenant des capteurs de flux thermique . 12
8.3.3 Surface prévisible (%) du mannequin blessé, fondée uniquement sur la surface
du mannequin couverte par l'éprouvette d'essai . 13
8.3.4 Autres informations . 13
Annexe A (normative) Modèle de peau dont la conductivité thermique dépend de la
température, k(x,T) . 14
Annexe B (informative) Analyse des données de l'essai interlaboratoires .16
Bibliographie .18

iii
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux
de normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général
confiée aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire
partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d'approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a
été rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir
www.iso.org/directives).
L'ISO attire l'attention sur le fait que la mise en application du présent document peut entraîner l'utilisation
d'un ou de plusieurs brevets. L'ISO ne prend pas position quant à la preuve, à la validité et à l'applicabilité
de tout droit de propriété revendiqué à cet égard. À la date de publication du présent document, l'ISO
n'avait pas reçu notification qu'un ou plusieurs brevets pouvaient être nécessaires à sa mise en application.
Toutefois, il y a lieu d'avertir les responsables de la mise en application du présent document que des
informations plus récentes sont susceptibles de figurer dans la base de données de brevets, disponible à
l'adresse www.iso.org/brevets. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas avoir identifié de tels
droits de propriété et averti de leur existence.
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données pour
information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un engagement.
Pour une explication de la nature volontaire des normes, la signification des termes et expressions
spécifiques de l'ISO liés à l'évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l'adhésion de
l'ISO aux principes de l'Organisation mondiale du commerce (OMC) concernant les obstacles techniques au
commerce (OTC), voir www.iso.org/avant-propos.
Le présent document a été élaboré par le comité technique ISO/TC 94, Sécurité individuelle — Équipement de
protection individuelle, sous-comité SC 13, Vêtements de protection, en collaboration avec le comité technique
CEN/TC 162 Vêtements de protection, y compris la protection de la main et du bras et y compris les gilets de
sauvetage, du Comité européen de normalisation (CEN), conformément à l'Accord de coopération technique
entre l'ISO et le CEN (Accord de Vienne).
Cette deuxième édition de l'ISO 13506-2 annule et remplace la première (ISO 13506-2:2017) qui a fait l'objet
d'une révision technique.
Une liste de toutes les parties de la série ISO 13506 se trouve sur le site web de l'ISO.
Il convient que l’utilisateur adresse tout retour d’information ou toute question concernant le présent
document à l’organisme national de normalisation de son pays. Une liste exhaustive desdits organismes se
trouve à l'adresse www.iso.org/fr/members.html.

iv
Introduction
La fonction de l'habillement de protection résistant à la chaleur et à la flamme est de protéger l'utilisateur
contre des dangers susceptibles de provoquer des blessures par brûlure de la peau. Les vêtements peuvent être
constitués d'un ou de plusieurs matériaux, qui peuvent être assemblés en un seul vêtement ou en un ensemble
de vêtements de protection destinés à revêtir un mannequin soumis à un système d'exposition au feu.
Le présent document est un document complémentaire de l'ISO 13506-1. Les données recueillies par des
essais conformes à l'ISO 13506-1 sont utilisées comme données d'entrée pour ce calcul.
Dans la méthode d'essai de l'ISO 13506-1, un mannequin (homme ou femme) de taille adulte en position
stationnaire et debout est revêtu d'un seul vêtement ou d'un ensemble de vêtements de protection et exposé
à une simulation de feu en laboratoire, avec un flux de chaleur, une durée et une distribution de flammes
maîtrisés. Le flux de chaleur incident moyen sur l'extérieur du vêtement est de 84 kW/m . Des capteurs
d'énergie thermique sont fixés à la surface du mannequin. La réponse des capteurs sert à calculer la variation
du flux de chaleur en fonction du temps et de la position sur le mannequin, et à déterminer l'énergie totale
absorbée au cours de la période de collecte des données. La période de collecte des données est choisie de
manière à assurer que le transfert de l'énergie n'est plus croissant. Les informations obtenues par le calcul
de la prédiction de blessure par brûlure de la peau (voir Annexe B) peuvent être utilisées pour aider à
l'évaluation de la performance du vêtement ou de l'ensemble de vêtements de protection dans les conditions
d'essai. Elles peuvent également être utilisées comme outil fondé sur un modèle permettant d'estimer
l'étendue et la nature des lésions cutanées potentielles résultant de l'exposition du vêtement d'essai.
L'ajustement du vêtement ou de l'ensemble de vêtements de protection sur le mannequin est important. C'est
ainsi que des modifications de la conception du vêtement ou de l'ensemble de vêtements de protection et la
façon dont l'opérateur habille le mannequin peuvent influer sur les résultats de l'essai et sur la prédiction de
blessure par brûlure de la peau. L'expérience laisse penser que la réalisation des essais sur un vêtement plus
grand d'une taille par rapport à la norme peut réduire jusqu'à 5 % le pourcentage de brûlures corporelles
prévisibles.
L'ISO 13506-1 utilise les informations relatives aux blessures cutanées obtenues dans le calcul du facteur de
performance du mannequin thermique.
La méthode décrite dans le présent document est une partie facultative des normes ISO 11999-3 et EN 469,
concernant les sapeurs-pompiers, et de la norme ISO 11612 sur l'habillement de protection dans l'industrie
contre la chaleur et les flammes.
[5]
Le standard NFPA 2112 de la National Fire Protection Association spécifie le standard ASTM F1930-
[6]
18 , qui est une méthode d'essai similaire à celle décrite dans l'ISO 13506-1 et qui contient des calculs de
prédiction des blessures par brûlure de la peau similaires à celles décrites dans le présent document.

v
Norme internationale ISO 13506-2:2024(fr)
Habillement de protection contre la chaleur et les flammes —
Partie 2:
Prédiction de blessure par brûlure de la peau — Exigences de
calculs et cas d'essai
1 Domaine d'application
Le présent document fournit des détails techniques permettant de calculer la prédiction de blessure par
brûlure de la peau humaine lorsque sa surface est soumise à un flux de chaleur variable, par exemple en
raison de l'énergie transmise à travers et par un vêtement ou un ensemble de vêtements de protection
exposés aux flammes. Une série de cas d'essai est présentée, permettant de vérifier la méthode de calcul
de la prédiction des blessures par brûlure. Il contient également des exigences pour l'étalonnage in situ du
capteur d'énergie thermique — système de prédiction des lésions cutanées pour la gamme de flux de chaleur
qui se produisent sous les vêtements.
Les méthodes de calcul des blessures par brûlure de la peau telles qu'elles sont présentées dans la présente
méthode d'essai ne comprennent pas de termes permettant de traiter les rayonnements de courte longueur
d'onde susceptibles de pénétrer la peau. Ces derniers comprennent les arcs électriques, certains types
d'exposition au feu avec des combustibles liquides ou solides, et les sources nucléaires.
2 Références normatives
Les documents suivants sont cités dans le texte de sorte qu’ils constituent, pour tout ou partie de leur
contenu, des exigences du présent document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour
les références non datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 11610, Habillement de protection — Vocabulaire
ISO 13506-1, Habillement de protection contre la chaleur et les flammes — Partie 1: Méthode d’essai pour
vêtements complets — Mesurage de l’énergie transférée à l’aide d’un mannequin instrumenté
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions de l'ISO 13506-1 et l'ISO 11610 ainsi que les
suivants s'appliquent.
L'ISO et l'IEC tiennent à jour des bases de données terminologiques destinées à être utilisées en normalisation,
consultables aux adresses suivantes:
— ISO Online browsing platform: disponible à l'adresse https:// www .iso .org/ obp
— IEC Electropedia: disponible à l'adresse https:// www .electropedia .org/

3.1
brûlure
lésions se produisant à différentes profondeurs dans les tissus humains en raison de températures élevées
résultant du transfert de chaleur vers la surface
Note 1 à l'article: La brûlure des tissus humains se produit lorsqu'ils sont soumis à la chaleur et maintenus à une
température élevée (>44 °C) pendant une durée critique. Dans le présent document, il est supposé que la peau comporte
trois couches: l'épiderme, qui est la couche externe résistante, le derme, qui est la couche située sous l'épiderme, et le
tissu sous-cutané (adipeux), qui est la couche de tissu gras située plus profondément que le derme. Dans le présent
document, il est supposé que les épaisseurs des couches sont identiques partout sur le corps humain. Les variations
d'épaisseur qui surviennent avec l'âge, la localisation et le sexe ne sont pas prises en compte. La gravité des lésions,
appelées brûlures prévisibles au premier, deuxième ou troisième degré, dépend de la grandeur de la température
élevée au-dessus de 44 °C et du temps pendant lequel elle reste égale ou supérieure à 44 °C.
3.1.1
blessure par brûlure au premier degré
brûlure au premier degré
brûlure n'affectant que la partie superficielle de l'épiderme
Note 1 à l'article: La peau devient rouge, mais ne présente pas de cloques ou de brûlures. Les brûlures au premier
degré sont réversibles. Dans le présent document, le temps nécessaire pour qu'une blessure prévisible par brûlure de
la peau au premier degré se produise est indiqué lorsque la valeur de Ω = 0,53 [voir Formule (3)] à une profondeur de
peau de 75 μm, c'est-à-dire à l'interface épiderme/derme.
3.1.1.1
surface de la blessure par brûlure au premier degré
surface de la brûlure au premier degré
somme des zones représentées par les capteurs de flux thermique pour lesquelles seule une brûlure au
premier degré (3.1.1) calculée est prévisible
3.1.2
blessure par brûlure au deuxième degré
brûlure au deuxième degré
brûlure partiellement profonde
brûlure entraînant la brûlure de l'épiderme et d'une partie plus ou moins importante du derme, mais
l'épaisseur totale du derme n'est généralement pas détruite et la couche sous-cutanée n'est pas lésée
Note 1 à l'article: Les brûlures au deuxième degré sont plus graves que les brûlures au premier degré, provoquant une
nécrose complète (mort des cellules vivantes) de la couche épidermique, généralement accompagnée d'une cloque,
mais elles sont réversibles, surtout si la surface affectée est petite. Dans le présent document, le temps nécessaire
pour qu'une blessure prévisible par brûlure de la peau au deuxième degré se produise est indiqué lorsque la valeur de
Ω = 1,0 [voir Formule (3)] à une profondeur de peau de 75 μm, c'est-à-dire à l'interface épiderme/derme.
3.1.2.1
surface de la blessure par brûlure au deuxième degré
surface de la brûlure au deuxième degré
somme des zones représentées par les capteurs de flux thermique pour lesquelles une brûlure au deuxième
degré calculée est la blessure prévisible la plus grave
3.1.3
blessure par brûlure au troisième degré
brûlure au troisième degré
brûlure profonde
brûlure qui traverse le derme et atteint ou dépasse le tissu sous-cutané
Note 1 à l'article: Les brûlures au troisième degré ne sont pas réversibles. Dans le présent document, le temps
nécessaire pour qu'une brûlure prévisible au troisième degré se produise est indiqué lorsque la valeur de Ω = 1,0 [voir
Formule (3)] à une profondeur de peau de 1 200 μm, c'est-à-dire à l'interface derme/sous-cutané.

3.1.3.1
surface de la blessure par brûlure au troisième degré
surface de la brûlure au troisième degré
somme des zones représentées par les capteurs de flux thermique pour lesquelles une brûlure au troisième
degré (3.1.3) calculée est prévisible
3.1.4
surface totale des blessures par brûlure
surface totale des brûlures
somme des zones représentées par les capteurs de flux thermique pour lesquelles au moins une brûlure au
deuxième degré est prévisible
3.2
valeur oméga
Ω
paramètre des blessures par brûlure, la valeur de l'intégrale des lésions [voir Formule (3)], qui indique les
brûlures (3.1) prévisibles à des profondeurs de peau et des températures spécifiques
3.3
temps de réaction à la douleur
temps nécessaire aux récepteurs de la douleur pour atteindre 43,2 °C
Note 1 à l'article: Dans le présent document, les récepteurs de la douleur sont situés à 195 μm sous la surface de la peau.
4 Généralités
Le calcul des blessures prévisibles par brûlure de la peau est le résultat souhaitable pour la comparaison des
performances relatives de l'habillement de protection à l'aide de méthodes d'essai qui mesurent la chaleur à
la surface du mannequin pour une exposition à une énergie thermique définie. Le présent document décrit la
méthode de calcul qui doit être utilisée à cette fin lors de la réalisation des essais décrits dans l'ISO 13506-1.
L'ISO 13506-1 spécifie la méthode de mesure du transfert d'énergie, qui peut servir de base à l'évaluation de
la performance relative de protection thermique de l'éprouvette d'essai. La performance est fonction à la fois
des matériaux de construction et de calcul et de l'ajustement des vêtements sur le mannequin d'essai. Le flux
de chaleur d'exposition moyen est de 84 kW/m pour des durées de 3 s à 20 s.
Les brûlures prévisibles déterminées par la présente méthode d'essai reposent sur un modèle mathématique
simplifié qui ne se traduit pas directement par des blessures réelles par brûlure de la peau humaine, quelles
que soient les conditions d'essai d'exposition. Le modèle est fondé sur des mesures effectuées sur des avant-
[8]
bras palmaires humains (Stoll et Greene ).
L'éprouvette d'essai est placée sur un mannequin de taille adulte (voir l'ISO 13506-1:2024, 5.1) dans des
conditions atmosphériques ambiantes et exposée à une simulation en laboratoire d'un feu dont le flux de
chaleur, la durée et la distribution de flammes sont maîtrisés. Le mode opératoire d'essai, l'acquisition des
données, les calculs des résultats et la préparation du rapport d'essai sont réalisés à l'aide d'un matériel et
de programmes informatiques.
L'énergie thermique transférée au travers de l'éprouvette d'essai et de l'éprouvette d'essai à la surface du
mannequin pendant et après l'exposition est mesurée par des capteurs de flux thermique positionnés à la
surface du mannequin. La chaleur varie en fonction du temps. La méthode spécifiée dans le présent document
utilise les mesures de flux de chaleur de l'ISO 13506-1 afin de calculer le temps prévisible jusqu'à la douleur
pour chaque capteur d'énergie thermique, les surfaces de la blessure par brûlure de premier, deuxième
et troisième degré, et la zone totale de blessure par brûlure résultant de l'exposition. L'identification de
l'éprouvette d'essai, les conditions d'essai, les observations et les remarques concernant l'objectif de l'essai
et la réaction de l'éprouvette à l'exposition sont consignées et incluses dans le rapport d'essai. L'énergie
totale transférée et/ou la surface prévisible de la blessure par brûlure de la peau, ainsi que la façon dont
l'éprouvette réagit à l'exposition à la flamme, sont des indicateurs de la performance de l'éprouvette pour
cette méthode d'essai. La méthode de prédiction de blessure par brûlure de la peau peut être utilisée avec
d'autres méthodes d'essai qui produisent des expositions similaires.

L'Article 6 donne les détails du calcul requis des lésions cutanées prévisibles, tandis que l'Article 7 énumère
une série de cas d'essai à partir desquels la méthode de calcul doit être soumise à des essais afin d'en
démontrer la conformité avec la précision spécifiée.
5 Appareillage, préparation des éprouvettes et mode opératoire d'essai
Les détails de l'appareillage, la préparation et l'habillage de l'éprouvette d'essai et le mode opératoire
d'essai sont donnés dans l'ISO 13506-1:2024, Articles 5 à 8. Outre les procédures d'étalonnage indiquées
dans l'ISO 13506-1:2024, Annexe C, les laboratoires doivent procéder à la validation décrite à l'Article 7 ci-
dessous.
6 Calcul des blessures par brûlure de la peau
6.1 Modèle de peau
6.1.1 Généralités
Le présent document contient les spécifications de deux modèles de peau:
— les valeurs des propriétés de la peau pour le modèle de peau dont la conductivité thermique dépend de la
température (modèle de peau A) doivent être spécifiées dans le Tableau 1, le Tableau 2 et l'Annexe A;
— les valeurs des propriétés de la peau pour le modèle de peau dont la conductivité thermique est
indépendante de la température (modèle de peau B) doivent être spécifiées dans le Tableau 1 et
le Tableau 3.
NOTE 1 Les valeurs des propriétés de la peau énumérées du Tableau 1 au Tableau 3 et à l'Annexe A ainsi que les
cas d'essai de calcul spécifiés dans l'Article 7 ont été établis par un groupe de travail au sein de l'ASTM (American
[6]
Society for Testing and Materials) chargé de l'ASTM F1930 , une méthode d'essai développée conjointement avec la
[7]
série ISO 13506. Le groupe de travail a procédé à une rétro-ingénierie des expériences de Stoll et Greene de manière
à faire correspondre à 10 % près la condition Ω = 1,0 [Formule (3)] pour tous les cas d'essai de cloques partielles de
Stoll. Les valeurs des épaisseurs des trois couches (in vivo) dans les avant-bras d'hommes adultes ont été trouvées dans
la littérature, de même que le gradient de température initial à travers les couches dans l'avant-bras (1 °C). À partir
[8]
de ces informations, des formules données en 6.1.3 et 6.1.5 et des valeurs de P et de ΔE fixées par Weaver et Stoll
indiquées ci-dessous, des techniques d'essais-erreurs et d'optimisation ont été utilisées afin de trouver les valeurs
de conductivité thermique, de chaleur spécifique et de densité des différentes couches de manière à pouvoir prédire,
[7]
avec un seul ensemble de valeurs, toutes les mesures expérimentales de blessure de la peau de Stoll et Greene et les
[8]
extensions calculées par Weaver et Stoll avec Ω = 1 ± 0,1. Les valeurs ainsi déterminées sont représentatives du tissu
vivant (in vivo). Le flux sanguin et son effet potentiel sur les résultats/prédictions sont donc implicites dans la solution
utilisant les formules et les paramètres indiqués ci-dessous.
NOTE 2 L'ASTM F1930 contient des informations historiques détaillées relatives au développement de la prédiction
des blessures de la peau dues à l'influx de chaleur provenant de fluides chauds et de sources radiantes pures.
6.1.2 Valeurs du flux de chaleur des capteurs du mannequin en fonction du temps
−2

Les valeurs du flux de chaleur absorbé, qt , en kW/m , pour chaque capteur du mannequin, i, à chaque
()
i
pas de temps, t, comme indiqué dans l'ISO 13506-1, doivent être prises comme données d'entrée pour le
calcul de la prédiction de blessure par brûlure de la peau.
6.1.3 Détermination du champ de température interne prévisible de la peau et du tissu sous-cutané
(adipeux)
6.1.3.1 Généralités
L'exposition thermique doit être représentée comme un problème transitoire unidimensionnel de diffusion
de la chaleur dans lequel la température à l'intérieur des couches de l'épiderme et du derme de la peau et du

tissu sous-cutané (adipeux) varie à la fois avec la position (profondeur) et le temps, et est représentée par
l'équation différentielle parabolique Formule (1) (équation du champ de Fourier):
∂T ∂ T
ρC =k (1)
p
∂t
∂x
où
−3 −1
ρC est la capacité calorique volumétrique, en J·m ·K ;
p
t est le temps, en s;
x est la profondeur par rapport à la surface de la peau, en m;
T(x,t) est la température à la profondeur x et au temps t, en °C;
−1 −1
k(x,T) est la conductivité thermique à la profondeur x et à la température T, en W·m ·K .
Les paramètres spécifiés pour le modèle de peau A (c'est-à-dire dans le Tableau 1, le Tableau 2 et l'Annexe A)
ou pour le modèle de peau B (c'est-à-dire dans le Tableau 1 et le Tableau 3) doivent être utilisés pour résoudre
la Formule (1).
Tableau 1 — Modèle de peau — Épaisseur des couches et profondeur de l'interface entre les couches
Interface Interface
Surface de la Tissu sous-cu-
Paramètre Épiderme épiderme/ Derme derme/tissu
peau tané
derme sous-cutané
Profondeur par rapport à
la surface de la peau
0 75 1 200
(μm)
Épaisseur de la couche
75 1 125 3 885
(μm)
6.1.3.2 Propriétés physiques pour le modèle de peau dont la conductivité thermique dépend de la
température, k (modèle de peau A)
Il est reconnu que la conductivité thermique de chaque couche de la peau varie avec la température en raison
des caractéristiques thermophysiques généralisées des composants de la couche (composition simplifiée:
[9] [10]
eau, protéines et graisse). Cooper et Trezek et Knox, et. al. ont mis au point des relations permettant
d'estimer les propriétés thermophysiques de la peau et des couches sous-cutanées (adipeuses) en fonction
du pourcentage d'eau, de protéines et de graisse dans chaque couche. L'Annexe A identifie des valeurs pour
les compositions des couches, la capacité calorique volumétrique des couches, ρC (x), et la conductivité
p
thermique dépendant de la température, k(x,T), en fonction des composants généralisés des couches de la
peau (eau, protéines et graisse) qui répondent aux exigences de l'Article 7 et peuvent être utilisées pour
résoudre la Formule (1). Le Tableau 2 présente les valeurs de référence de la conductivité thermique (pour
une température de 32,5 °C), de la capacité calorique volumétrique de la couche et de la composition des
couches. Voir l'Annexe A pour le calcul des valeurs de la conductivité thermique, k, à des températures
différentes de 32,5 °C.
Tableau 2 — Propriétés physiques pour le modèle de peau dont la conductivité thermique dépend de
la température, k
Paramètre Épiderme Derme Tissu sous-cutané
Conductivité thermique
−1 −1
k (W·m ·K ) 0,615 5 0,597 6 0,365 9
à T(0, 0) = 32,5 °C
Capacité calorique volumétrique
6 6 6
4,158 × 10 4,017 × 10 2,285 × 10
−3 −1
ρC (J·m ·K )
p
Fraction d'eau (% de la masse) 80 70 20
Fraction de graisse (% de la masse) 6 12 72
Fraction protéique (% de la masse) 14 18 8
6.1.3.3 Propriétés physiques pour le modèle de peau dont la conductivité thermique, k, est
indépendante de la température (modèle de peau B)
En partant du principe que la conductivité thermique, k, ne dépend que de la couche et est indépendante de
la température, les valeurs de la conductivité thermique, k, et de la capacité calorifique volumétrique, ρC ,
p
indiquées dans le Tableau 3 répondent aux exigences de l'Article 7 lorsqu'elles sont utilisées pour résoudre
la Formule (1).
Tableau 3 — Propriétés physiques pour le modèle de peau dont la conductivité thermique, k, est
indépendante de la température
Paramètre Épiderme Derme Tissu sous-cutané
Conductivité thermique
0,628 0 0,582 0 0,293 0
−1 −1
k (W·m ·K )
Capacité calorique volumé-
6 6 6
trique
4,40 × 10 4,184 × 10 2,60 × 10
−3 −1
ρC (J·m ·K )
p
6.1.3.4 Méthodes mathématiques pour résoudre la Formule (1)
Résoudre numériquement la Formule (1) en utilisant le modèle de peau à trois couches défini dans
le Tableau 1 qui prend en compte la dépendance en profondeur des valeurs de conductivité thermique et de
capacité calorifique volumétrique, soit comme spécifié dans le Tableau 2 et l'Annexe A, soit comme spécifié
dans le Tableau 3. Les trois couches doivent avoir une épaisseur constante et être parallèles à la surface.
Il est recommandé d'utiliser des températures absolues pour résoudre la Formule (1), car la Formule (3), qui
est utilisée pour le calcul de Ω, le paramètre des brûlures, nécessite des températures absolues.
NOTE Les valeurs moyennes des propriétés indiquées du Tableau 1 au Tableau 3 sont représentatives des valeurs
in vivo (vivantes) pour la surface palmaire de l'avant-bras des sujets d'essai qui ont participé aux expériences de Stoll
[7]
et Greene . Il est reconnu que la conductivité thermique de chaque couche varie avec la température en raison des
caractéristiques thermophysiques généralisées des composants de la couche (composition simplifiée: eau, protéines et
graisse). Le rapport entre la température et la conductivité thermique de chaque couche est modélisé en fonction de
chacune de leurs compositions respectives. Voir 6.1.1 et l'Annexe A.
Les méthodes de discrétisation permettant de résoudre la Formule (1) qui ont été jugées efficaces sont les
suivantes:
a) la méthode des différences finies (suivant la représentation des différences centrales de la «méthode
combinée», où les erreurs de troncation sont censées être du second ordre à la fois dans Δt et Δx);
b) la méthode des éléments finis (par exemple, la méthode de Galerkine); et
c) la méthode des volumes finis (parfois appelée méthode des volumes de contrôle).

Calculer et stocker le champ thermique interne variant dans le temps pour la peau et le tissu sous-cutané
(adipeux) pour chaque capteur à chaque instant d'échantillonnage du capteur pendant toute la durée de
l'échantillonnage, en appliquant à la surface de la peau chacune des valeurs de flux de chaleur absorbé en
fonction du temps du capteur identifiées en 6.1.2. Ces champs thermiques internes doivent comprendre,
au minimum, le calcul des valeurs de température à la surface (profondeur = 0,0 m) [c'est-à-dire, T(0, t)],
à l'interface derme/épiderme du modèle de peau utilisé afin de prévoir les brûlures au deuxième degré
(profondeur = 75 µm) [c'est-à-dire, T(75 µm, t)], et à l'interface derme/sous-cutané du modèle de peau utilisé
afin de prévoir les brûlures au troisième degré (profondeur = 1 200 µm) [c'est-à-dire, T(1 200 µm, t)].
Il est recommandé d'utiliser des intervalles de profondeur équidistants (Δx), appelés «nœuds» ou «mailles»,
pour une précision maximale dans tous les modèles numériques. Une valeur pour Δx de 15 µm s'est avérée
efficace. Il n'est pas recommandé d'utiliser des mailles éparses ou non structurées dans la méthode des
différences finies. Une valeur de Δx de 15 µm fixe un nœud à 195 µm sous la surface de la peau, ce qui
correspond à la profondeur recommandée pour le calcul du temps de réaction à la douleur (emplacement des
récepteurs de la douleur).
6.1.4 Conditions initiales et limites
Les conditions initiales et limites sont les suivantes:
a) la température initiale, T(x,0), au sein des trois couches doit présenter une augmentation linéaire avec
la profondeur, de T(0,0) = 32,5 °C à la surface à T(5 085 μm, 0) = 33,5 °C au fond du tissu sous-cutané
(adipeux). La température à 5 085 μm doit être constante en permanence à 33,5 °C;
[11]
NOTE 1 Pennes a mesuré les distributions de température dans les avant-bras de volontaires. Pour
l'épaisseur globale de la peau et du tissu sous-cutané (adipeux) indiqué dans le Tableau 1, l'augmentation mesurée
[7]
était de 1 °C. La température de surface cutanée des volontaires dans les expériences de Stoll et Greene a été
maintenue très proche de 32,5 °C.
b) le flux de chaleur est appliqué uniquement à la surface de la peau. Ce flux de chaleur sur la surface de
la peau est supposé être absorbé à la surface, c'est-à-dire à x = 0, et la conduction thermique est le seul
mode de transfert de chaleur dans la peau et le tissu sous-cutané (adipeux):
∂T

k =q t (2)
()
∂x
NOTE 2 L'hypothèse d'une conduction thermique uniquement à l'intérieur de la peau et des couches profondes
ne tient pas compte de l'augmentation du transfert de chaleur due à la modification du flux sanguin dans le derme
et le tissu sous-cutané (adipeux). Les valeurs in vivo (vivantes) indiquées dans le Tableau 2 et le Tableau 3 ont été
[7]
rétrocalculées à partir des résultats expérimentaux de Stoll et Greene et des extensions numériques de Weaver
[8]
et Stoll . Ces valeurs rendent compte, dans une large mesure, du flux sanguin des sujets d'essai.
c) le flux de chaleur à la surface de la peau au temps t = 0 (début de l'exposition) est égal à zéro (0), c'est-à-

dire q (0) = 0;
d) les valeurs du flux de chaleur à la surface de la peau à tout moment, t > 0, sont les valeurs du flux de
chaleur absorbé en fonction du temps (voir 6.1.2). Aucune correction n'est apportée pour les pertes de
chaleur radiante ou pour les différences d'émissivité/absorptivité entre les capteurs et la surface de la
peau utilisée dans le modèle.
6.1.5 Détermination de la valeur Ω pour la prédiction de blessure par brûlure de la peau
[11]
Le modèle intégral des lésions de Henriques , présenté dans la Formule (3), est utilisé afin de prédire les
blessures par brûlure de la peau en fonction des valeurs de température de la peau à chaque intervalle de
temps de mesure à des profondeurs de modèle de peau de 75 µm (prédiction de brûlures au premier et au
deuxième degré) et de 1 200 µm (prédiction de brûlures au troisième degré):
−+{}ΔER/,[]()T 27315
Ω =∫Pe dt (3)
où
Ω est le paramètre de brûlure;
t est le temps d'exposition et la période de collecte des données, s;
−1
P(x,T) est le facteur pré-exponentiel, dépendant de la profondeur et de la température, s ;
e est une constante mathématique (nombre d'Euler), 2,718 3;
−1
ΔE(x,T) est l'énergie d'activation, dépendant de la profondeur et de la température, J mol ;
−1 −1
R est la constante universelle des gaz parfaits 8,314 5 J·mol ·K ;
T(x,t) température de la peau, en fonction de la profondeur et du temps, °C.
Le calcul de Ω est effectué par intégration numérique dans le temps lorsque T ≥°44 C . Les valeurs de P et
ΔER/ pour les prédictions de brûlures au premier degré, au deuxième degré et au troisième degré sont
indiquées dans le Tableau 4.
6.1.5.1 Brûlure au premier degré
Afin de déterminer le temps prévisible avant la brûlure au premier degré, calculer Ω à une profondeur de
75 µm à chaque moment de la période d'acquisition des données. Le temps prévisible avant la brûlure au
premier degré est le premier point dans le temps auquel Ω≥05, 3 . Si ce point n'existe pas, aucune brûlure au
premier degré n'est prévisible.
6.1.5.2 Brûlure au deuxième degré
Afin de déterminer le temps prévisible avant la brûlure au deuxième degré, calculer Ω à une profondeur de
75 µm à chaque moment de la période d'acquisition des données. Le temps prévisible avant la brûlure au
deuxième degré est le premier point dans le temps auquel Ω≥10, . Si ce point n'existe pas, aucune brûlure
au deuxième degré n'est prévisible.
6.1.5.3 Brûlure au troisième degré
Afin de déterminer le temps prévisible avant la brûlure au troisième degré, calculer Ω à une profondeur de
1 200 µm à chaque moment de la période d'acquisition des données. Le temps prévisible avant la brûlure au
troisième degré est le premier point dans le temps auquel Ω≥10, . Si ce point n'existe pas, aucune brûlure au
troisième degré n'est prévisible.
6.1.6 Temps de réaction à la douleur
Le délai de réaction à la douleur est prévisible lorsque le tissu cutané à une profondeur de 195 μm, c'est-à-
dire la solution T(195 µm,t) de la Formule (1), atteint une température de 43,2 °C.
Tableau 4 — Constantes pour le calcul d'oméga à l'aide de la Formule (3)
Blessure de la peau Plage de températures P ΔE/R
Premier et deuxième
124 −1
44 °C ≤ T ≤ 50 °C 2,185 × 10 s 93 534,9 K
[7]
degré
51 −1
T > 50 °C 1,823 × 10 s 39 109,8 K
[12] 64 −1
Troisième degré 44 °C ≤ T ≤ 50 °C 4,322 × 10 s 50 000 K
104 −1
T > 50 °C 9,389 × 10 s 80 000 K

7 Cas d'essai et étalonnage in situ pour le calcul des blessures par brûlure de la peau
7.1 Cas d'essai et validation in situ
Le calcul de la valeur de Ω dans la Formule (3) dépend exponentiellement de la température absolue. Le calcul
précis des températures dans chaque couche de la peau est donc primordial pour disposer de prédictions
précises des valeurs de Ω de manière à assurer que les méthodes de prédiction de blessure par brûlure de la
[7]
peau correspondent aux points expérimentaux de Stoll et Greene .
Ces exigences impliquent trois étapes. Premièrement, la précision du code informatique permettant de
prédire avec exactitude la distribution de la température interne dans un solide semi-infini doit être assurée.
La deuxième étape consiste à assurer que la prédiction de blessure par brûlure de la peau correspond
aux conditions mesurées et prédites par Stoll et ses collaborateurs. Enfin, la précision d'entrée-sortie
de la méthode de prédiction de blessure par brûlure de la peau est vérifiée en exposant les capteurs du
mannequin à un flux de chaleur connu et en vérifiant que le délai prédit d'apparition des brûlures du second
[7]
degré correspond aux points expérimentaux de Stoll et Greene .
7.2 Cas d'essai de prédiction de la température de la couche de peau
7.2.1 Généralités
Les deux cas d'essai sont fondés sur la solution analytique de la conduction thermique dans un solide semi-
infini, initialement à une température uniforme et soudainement exposé à un flux de chaleur constant à sa
surface. La solution analytique est disponible dans tout manuel sur le transfert de chaleur.
Pour les deux cas énumérés ci-dessous, fixer la température initiale des couches de tissu à 30 °C partout.
Le flux de chaleur à la surface est nul au temps zéro, puis à sa valeur maximale au premier pas de temps.
Maintenir la température de base à 5 085 μm à 30 °C pour tous les pas de temps des calculs.
7.2.2 Premier cas
−2
a) Flux de chaleur absorbé à la surface de la peau = 2 kW/m .
−1 −1
b) Conductivité thermique des trois couches de tissu, k = 0,1 W·m ·K .
6 −3 −1
c) Capacité calorifique volumétrique des trois couches, ρC = 4 × 10 J·m ·K .
p
d) Calculer la température à des profondeurs de 0 μm, 75 μm et 1 200 μm 60 s après le début de l'exposition.
Utiliser tout pas de temps égal ou inférieur à 0,1 s.
7.2.3 Deuxième cas
−2
a) Flux de chaleur absorbé à la surface de la peau = 20 kW/m .
−1 −1
b) Conductivité thermique des trois couches de tissu, k = 0,6 W·m ·K .
6 −3 −1
c) Capacité calorifique volumétrique des trois couches, ρC = 4 × 10 J·m ·K .
p
d) Calculer la température à des profondeurs de 0 μm, 75 μm et 1 200 μm 6 s après le début de l'exposition.
Utiliser tout pas de temps égal ou inférieur à 0,1 s.
7.2.4 Exigence de précision
La température et la hausse de température à chacun des trois emplacements, telles que calculées à partir
de la solution analytique pour les deux cas, sont indiquées dans le
...