Humidité relative

Hygromètre.

L'humidité relative de l'air, ou degré hygrométrique, couramment notée φ, correspond au rapport de la pression partielle de la vapeur d'eau contenue dans l'air sur la pression de vapeur saturante (ou tension de vapeur) à la même température. Elle est donc une mesure du rapport entre le contenu en vapeur d'eau de l'air et sa capacité maximale à en contenir dans ces conditions. Ce rapport changera si on change la température ou la pression bien que l'humidité absolue de l'air n'ait pas changé. Elle est mesurée à l'aide d'un hygromètre.

Description

La pression de vapeur saturante correspond à la pression partielle de vapeur d'eau contenue dans l'air saturé. La pression de vapeur saturante est une fonction croissante de la température. Elle est la pression maximale de vapeur d'eau que peut contenir l'air à une température et une pression déterminées.

L'humidité relative est donc le rapport entre la pression de vapeur d'eau vraiment présente dans l'air considéré (pression partielle de l'eau dans l'air ) et la valeur de pression saturante () théorique. Elle est exprimée le plus souvent en pourcentage et son expression devient :

Cette expression supporte les interprétations suivantes :

• comme la pression de vapeur saturante augmente avec la température, pour une même quantité absolue d'eau dans l'air, de l'air chaud aura une humidité relative plus basse que de l'air froid. Pour diminuer l'humidité relative d'un volume d'air fermé, il suffit donc de le réchauffer ;
• d'autre part, si on ajoute de la vapeur d'eau dans le volume sans changer sa température, une fois atteinte la saturation (100 %), l'humidité relative ne varie plus dans de l'air sans particules liquides.

Applications

Génie des procédés

La valeur d'humidité relative est importante en génie des procédés, plus particulièrement dans les opérations unitaires faisant intervenir l'air comme agent séchant. En effet, c'est la valeur d'humidité relative, comparée à l'activité de l'eau d'un produit solide ou liquide, qui va permettre de connaître le sens des échanges d'eau entre l'air et le produit ainsi que la valeur d'équilibre. Classiquement, l'air ambiant sera chauffé (diminution de son humidité relative et donc augmentation de son pouvoir séchant) avant d'être mis en contact avec le produit à sécher.

Déshumidification / Désembuage des pare-brise

Pour ces opérations, c’est le principe inverse qui est utilisé. Pour diminuer l’humidité relative (et aussi absolue), la température de l’air est abaissée au-dessous du point de rosée de l’eau par un système de génération de froid style climatiseur. En d’autres termes, ce refroidissement va augmenter le degré d’humidité relative jusqu’à 100 %. A ce stade, des gouttelettes d’eau se forment. Elles sont séparées de l’air par simple gravité et de l’eau s’écoule hors du système. L’air refroidi et débarrassé d’une partie de son humidité traverse alors la seconde partie du système qui le réchauffe jusqu’à atteindre une température généralement un peu plus élevée que celle à l’entrée. L’humidité de l’air à la sortie de ce système est alors largement diminuée. Dans le cas du désembuage, il a un pouvoir séchant bien meilleur.

Salle de concert

Dans ce domaine la température à moins d'importance que l'humidité. La sonorité des instruments de musique (constitués très souvent de bois) réagi beaucoup à l'hygrométrie. Il est important de concevoir le système de ventilation, de chauffage et de climatisation de manière à éviter que l'apport de calories s'accompagne d'une trop forte chute de l'hygrométrie. Il est plus important de respecter l'hygrométrie relative que la température du lieu. Exemple de problématique les volumes à grande inertie, les "sur-ventilations nocturnes" (moyen de régulation par déphasage) pose des problèmes de saturation. Il est globalement moins grave de s'approcher des hygrométries élevées (bien-sûr sans rester en saturation) que de rester à des hygrométries très faible inférieur à 30%.

Météorologie

L'humidité mesure la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air, sans compter l'eau liquide et la glace. Pour que des nuages se forment, et qu'il y ait des précipitations, l'air doit atteindre une humidité relative légèrement supérieure à 100 % dans le voisinage des gouttelettes qui se forment. Cette sursaturation est nécessaire pour vaincre la tension de surface des molécules d'eau et ainsi qu'elles s'unissent sur une poussière servant de noyau de condensation. Après que les gouttelettes ont atteint un certain diamètre, l'humidité relative retombe à 100 % dans leur voisinage. Ceci se produit normalement quand l'air s'élève et se refroidit.

Typiquement, la pluie tombe ensuite dans de l'air qui n'est pas nécessairement saturé (moins de 100 % d'humidité relative). Une partie de l'eau des gouttes de pluie va donc s'évaporer dans cet air pendant sa chute, augmentant son humidité, mais pas toujours suffisamment pour que l'humidité relative atteigne 100 %. Il peut même arriver que les gouttes de pluie s'évaporent complètement avant d'arriver au sol si l'air est suffisamment sec, ce qui donne de la virga et aucunes précipitations au sol.

L'évaporation de la pluie, en tombant dans l'air, refroidit également celui-ci, car l'évaporation nécessite un apport d'énergie qui est puisé dans l'environnement. Si le refroidissement est suffisant au sol, la température de l'air peut atteindre le point de rosée de l'environnement, ce qui augmente l'humidité relative à 100 %. On assiste alors à la formation de brouillard ou de rosée. Cependant, le déficit en eau de l'air sous forme de condensation fait baisser l'humidité absolue dans ce cas.

Finalement, le refroidissement de l'air par radiation (surtout la nuit) ou le passage sur une surface plus froide va faire descendre sa température. La quantité de vapeur d'eau y restant constante, son humidité relative va donc augmenter et on assistera à la formation de brume, brouillard ou rosée lorsque la saturation sera atteinte.

Confort

Les humains et les animaux à sang chaud contrôlent la température de leur corps avec leur transpiration. En effet, l'évaporation de la sueur entraîne un refroidissement direct de la peau. L'humidité relative de l'air ambiant va influer sur l'évaporation de la sueur, et donc sur le refroidissement du corps. Un taux d'humidité trop faible va accroître le refroidissement et augmenter l'efficacité de la transpiration, tandis qu'un taux d'humidité trop important va limiter le refroidissement et donc amplifier la sensation de chaleur. Ainsi les fortes chaleur sont plus supportables par temps sec, la transpiration refroissant efficacement le corps. Les grands froids sont aussi plus supportables par temps sec, mais pour des raisons de conduction thermiques et non d'évaporation.

Selon l’American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), il est recommandé de maintenir un taux d'humidité relative entre 30 % et 60 % (en dessous de 50 % si on veut limiter la prolifération des acariens).

Et selon le centre canadien d'hygiène et de sécurité au travail, « un taux d'humidité inférieur à 20 % peut occasionner un inconfort en desséchant les membranes muqueuses et contribuer aux éruptions cutanées » ^[1].

Pour avoir un ordre d’idée, dans la zone de confort (soit environ 20 degrés, 50 % d’humidité), une augmentation de un degré va provoquer une baisse de 2 à 3 % du taux d’humidité relative et inversement. Ce n’est qu’un ordre d’idée car les relations dans les diagrammes d’humidité sont faites de courbes.

Notes et références

Voir aussi

Articles connexes

• Pression de vapeur
• Psychrométrie
• Teneur en eau (chimie)
• Point de givrage
• Humidité

Liens externes

• Les grandeurs hygrométriques: L’humidité relative sur le site energieplus-lesite.be de Architecture et Climat de l'Université catholique de Louvain

• Portail de la physique
• Portail de la météorologie