Humidité

L’ humidité est la concentration de vapeur d’eau présente dans l’air. La vapeur d’eau, l’état gazeux de l’eau, est généralement invisible à l’œil humain. ^[1] L’humidité indique la probabilité de présence de précipitations , de rosée ou de brouillard .

L’humidité dépend de la température et de la pression du système d’intérêt. La même quantité de vapeur d’eau entraîne une humidité relative plus élevée dans l’air frais que dans l’air chaud. Un paramètre connexe est le Point de rosée . La quantité de vapeur d’eau nécessaire pour atteindre la saturation augmente à mesure que la température augmente. Lorsque la température d’une parcelle d’air diminue, elle finira par atteindre le point de saturation sans ajouter ni perdre de masse d’eau. La quantité de vapeur d’eau contenue dans une parcelle d’air peut varier considérablement. Par exemple, une parcelle d’air proche de la saturation peut contenir 28 g d’eau par mètre cube d’air à 30 °C (86 °F), mais seulement 8 g d’eau par mètre cube d’air à 8 °C (46 °F) .

Trois mesures principales de l’humidité sont largement utilisées : absolue, relative et spécifique. L’humidité absolue est exprimée soit en masse de vapeur d’eau par volume d’air humide (en grammes par mètre cube) ^[2] ou en masse de vapeur d’eau par masse d’air sec (généralement en grammes par kilogramme). ^[3] L’humidité relative , souvent exprimée en pourcentage, indique un état actuel d’humidité absolue par rapport à une humidité maximale donnée à la même température. L’humidité spécifique est le rapport de la masse de vapeur d’eau à la masse totale des particules d’air humide.

L’humidité joue un rôle important dans la durée de vie de la surface. Pour la vie animale qui dépend de la Transpiration ( Transpiration ) pour réguler la température corporelle interne, une humidité élevée nuit à l’efficacité de l’échange de chaleur en réduisant le taux d’ évaporation de l’humidité des surfaces de la peau. Cet effet peut être calculé à l’aide d’un tableau d’ indices de chaleur , également connu sous le nom d’ humidex .

La notion d’air “retenant” de la vapeur d’eau ou en étant “saturé” est souvent évoquée à propos de la notion d’humidité relative. Ceci, cependant, est trompeur – la quantité de vapeur d’eau qui pénètre (ou peut pénétrer) dans un espace donné à une température donnée est presque indépendante de la quantité d’air (azote, oxygène, etc.) qui est présente. En effet, un vide a approximativement la même capacité d’équilibre à contenir de la vapeur d’eau qu’un même volume rempli d’air ; les deux sont donnés par la Pression de vapeur d’équilibre de l’eau à la température donnée. ^{[4] [5]} Il existe une très petite différence décrite sous “Facteur d’amélioration” ci-dessous, qui peut être négligée dans de nombreux calculs à moins qu’une grande précision ne soit requise.

Définitions

L’observatoire de Paranal sur le Cerro Paranal dans le désert d’Atacama est l’un des endroits les plus secs de la planète. ^[6]

Humidité absolue

L’humidité absolue est la masse totale de vapeur d’eau présente dans un volume ou une masse d’air donné. Il ne tient pas compte de la température. L’humidité absolue dans l’atmosphère varie de près de zéro à environ 30 g (1,1 oz) par mètre cube lorsque l’air est saturé à 30 ° C (86 ° F). ^{[7] [8]}

L’humidité absolue est la masse de vapeur d’eau ( m H 2 O ) {displaystyle (m_{H_{2}O})} , divisé par le volume du mélange d’air et de vapeur d’eau ( V n e t ) {displaystyle (V_{net})} , qui peut être exprimé par :

A H = m H 2 O V n e t . {displaystyle AH={frac {m_{H_{2}O}}{V_{net}}}.}

L’humidité absolue change lorsque la température ou la pression de l’air change, si le volume n’est pas fixe. Cela le rend inadapté aux calculs de génie chimique , par exemple en séchage , où la température peut varier considérablement. En conséquence, l’humidité absolue en génie chimique peut se référer à la masse de vapeur d’eau par unité de masse d’air sec, également connue sous le nom de taux d’humidité ou rapport de mélange de masse (voir “humidité spécifique” ci-dessous), qui convient mieux à la chaleur et à la masse. calculs d’équilibre. La masse d’eau par unité de volume, comme dans l’équation ci-dessus, est également définie comme l’ humidité volumétrique . En raison de la confusion potentielle, British Standard BS 1339^[9] suggère d’éviter le terme « humidité absolue ». Les unités doivent toujours être soigneusement vérifiées. De nombreux tableaux d’humidité sont donnés en g/kg ou kg/kg, mais n’importe quelle unité de masse peut être utilisée.

Le domaine concerné par l’étude des propriétés physiques et thermodynamiques des mélanges gaz-vapeur est nommé psychrométrique .

Humidité relative

L’humidité relative ( R H {displaystyle (RH} ou alors φ ) { style d’affichage phi )} d’un mélange air-eau est défini comme le rapport de la pression partielle de vapeur d’eau ( p H 2 O ) {displaystyle (p_{H_{2}O})} dans le mélange à la Pression de vapeur d’équilibre de l’eau ( p H 2 O ∗ ) {displaystyle (p_{H_{2}O}^{*})} sur une surface plane d’eau pure ^[10] à une température donnée : ^{[11] [12] [4]}

φ = p H 2 O p H 2 O ∗ {displaystyle phi ={p_{H_{2}O} over p_{H_{2}O}^{*}}}

En d’autres termes, l’humidité relative est le rapport entre la quantité de vapeur d’eau présente dans l’air et la quantité de vapeur d’eau que l’air pourrait potentiellement contenir à une température donnée. Elle varie avec la température de l’air : un air plus froid peut retenir moins de vapeur. Ainsi, la modification de la température de l’air peut modifier l’humidité relative, même lorsque l’humidité absolue reste constante.

Le refroidissement de l’air augmente l’humidité relative et peut provoquer la condensation de la vapeur d’eau (si l’humidité relative dépasse 100 %, le point de saturation ). De même, le réchauffement de l’air diminue l’humidité relative. Le réchauffement de l’air contenant un brouillard peut provoquer l’évaporation de ce brouillard, car l’air entre les gouttelettes d’eau devient plus apte à retenir la vapeur d’eau.

L’humidité relative ne considère que la vapeur d’eau invisible. Les brumes, les nuages, les brouillards et les aérosols d’eau ne comptent pas dans la mesure de l’humidité relative de l’air, bien que leur présence indique qu’une masse d’air peut être proche du Point de rosée .

L’humidité relative est normalement exprimée en pourcentage ; un pourcentage plus élevé signifie que le mélange air-eau est plus humide. A 100% d’humidité relative, l’air est saturé et se trouve à son Point de rosée . En l’absence de corps étranger sur lequel des gouttelettes ou des cristaux peuvent nucléer , l’humidité relative peut dépasser 100 %, auquel cas l’air est dit Sursaturé . L’introduction de certaines particules ou d’une surface dans un corps d’air au-dessus de 100% d’humidité relative permettra à la condensation ou à la glace de se former sur ces noyaux, éliminant ainsi une partie de la vapeur et abaissant l’humidité.

L’humidité relative est une mesure importante utilisée dans les prévisions et les rapports météorologiques, car c’est un indicateur de la probabilité de précipitations , de rosée ou de brouillard. Par temps chaud en été , une augmentation de l’humidité relative augmente la température apparente pour les humains (et les autres animaux ) en empêchant l’ évaporation de la Transpiration de la peau. Par exemple, selon l’ Indice de chaleur , une humidité relative de 75 % à une température de l’air de 80,0 °F (26,7 °C) donnerait une sensation de 83,6 °F ±1,3 °F (28,7 °C ±0,7 °C). ^{[13] [14]}

Relation entre l’humidité absolue, relative et la température

Dans l’atmosphère terrestre au niveau de la mer :

Humidité absolue en g/m ³ (oz/cu. yd) ^{[15] [16]}

Température	Humidité relative
0%	dix%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%	100%
50 °C (122 °F)	0 (0)	8,3 (0,22)	16,6 (0,45)	24,9 (0,67)	33,2 (0,90)	41,5 (1,12)	49,8 (1,34)	58,1 (1,57)	66,4 (1,79)	74,7 (2,01)	83,0 (2,24)
45 °C (113 °F)	0 (0)	6,5 (0,18)	13,1 (0,35)	19,6 (0,53)	26,2 (0,71)	32,7 (0,88)	39,3 (1,06)	45,8 (1,24)	52,4 (1,41)	58,9 (1,59)	65,4 (1,76)
40 °C (104 °F)	0 (0)	5,1 (0,14)	10,2 (0,28)	15,3 (0,41)	20,5 (0,55)	25,6 (0,69)	30,7 (0,83)	35,8 (0,97)	40,9 (1,10)	46,0 (1,24)	51,1 (1,38)
35 °C (95 °F)	0 (0)	4,0 (0,11)	7,9 (0,21)	11,9 (0,32)	15,8 (0,43)	19,8 (0,53)	23,8 (0,64)	27,7 (0,75)	31,7 (0,85)	35,6 (0,96)	39,6 (1,07)
30 °C (86 °F)	0 (0)	3,0 (0,081)	6,1 (0,16)	9,1 (0,25)	12,1 (0,33)	15,2 (0,41)	18,2 (0,49)	21,3 (0,57)	24,3 (0,66)	27,3 (0,74)	30,4 (0,82)
25 °C (77 °F)	0 (0)	2,3 (0,062)	4,6 (0,12)	6,9 (0,19)	9,2 (0,25)	11,5 (0,31)	13,8 (0,37)	16,1 (0,43)	18,4 (0,50)	20,7 (0,56)	23,0 (0,62)
20 °C (68 °F)	0 (0)	1,7 (0,046)	3,5 (0,094)	5,2 (0,14)	6,9 (0,19)	8,7 (0,23)	10,4 (0,28)	12,1 (0,33)	13,8 (0,37)	15,6 (0,42)	17,3 (0,47)
15 °C (59 °F)	0 (0)	1,3 (0,035)	2,6 (0,070)	3,9 (0,11)	5,1 (0,14)	6,4 (0,17)	7,7 (0,21)	9,0 (0,24)	10,3 (0,28)	11,5 (0,31)	12,8 (0,35)
10 °C (50 °F)	0 (0)	0,9 (0,024)	1,9 (0,051)	2,8 (0,076)	3,8 (0,10)	4,7 (0,13)	5,6 (0,15)	6,6 (0,18)	7,5 (0,20)	8,5 (0,23)	9,4 (0,25)
5 °C (41 °F)	0 (0)	0,7 (0,019)	1,4 (0,038)	2,0 (0,054)	2,7 (0,073)	3,4 (0,092)	4,1 (0,11)	4,8 (0,13)	5,4 (0,15)	6,1 (0,16)	6,8 (0,18)
0 °C (32 °F)	0 (0)	0,5 (0,013)	1,0 (0,027)	1,5 (0,040)	1,9 (0,051)	2,4 (0,065)	2,9 (0,078)	3,4 (0,092)	3,9 (0,11)	4,4 (0,12)	4,8 (0,13)
−5 °C (23 °F)	0 (0)	0,3 (0,0081)	0,7 (0,019)	1,0 (0,027)	1,4 (0,038)	1,7 (0,046)	2,1 (0,057)	2,4 (0,065)	2,7 (0,073)	3,1 (0,084)	3,4 (0,092)
−10 °C (14 °F)	0 (0)	0,2 (0,0054)	0,5 (0,013)	0,7 (0,019)	0,9 (0,024)	1,2 (0,032)	1,4 (0,038)	1,6 (0,043)	1,9 (0,051)	2,1 (0,057)	2,3 (0,062)
−15 °C (5 °F)	0 (0)	0,2 (0,0054)	0,3 (0,0081)	0,5 (0,013)	0,6 (0,016)	0,8 (0,022)	1,0 (0,027)	1,1 (0,030)	1,3 (0,035)	1,5 (0,040)	1,6 (0,043)
−20 °C (−4 °F)	0 (0)	0,1 (0,0027)	0,2 (0,0054)	0,3 (0,0081)	0,4 (0,011)	0,4 (0,011)	0,5 (0,013)	0,6 (0,016)	0,7 (0,019)	0,8 (0,022)	0,9 (0,024)
−25 °C (−13 °F)	0 (0)	0,1 (0,0027)	0,1 (0,0027)	0,2 (0,0054)	0,2 (0,0054)	0,3 (0,0081)	0,3 (0,0081)	0,4 (0,011)	0,4 (0,011)	0,5 (0,013)	0,6 (0,016)

Humidité spécifique

L’humidité spécifique (ou teneur en humidité) est le rapport de la masse de vapeur d’eau à la masse totale de la particule d’air. ^[17] L’humidité spécifique est approximativement égale au rapport de mélange , qui est défini comme le rapport de la masse de vapeur d’eau dans une parcelle d’air à la masse d’ air sec pour la même parcelle. Lorsque la température diminue, la quantité de vapeur d’eau nécessaire pour atteindre la saturation diminue également. Au fur et à mesure que la température d’une parcelle d’air diminue, elle finira par atteindre le point de saturation sans ajouter ni perdre de masse d’eau.

Notions connexes

Le terme humidité relative est réservé aux systèmes de vapeur d’eau dans l’air. Le terme saturation relative est utilisé pour décrire la propriété analogue pour les systèmes constitués d’une phase condensable autre que l’eau dans une phase non condensable autre que l’air. ^[18]

La mesure

Un Hygrothermographe pour l’enregistrement de l’humidité et de la température Hygromètre à usage domestique, type psychromètre humide/sec Thermo hygromètre affichant la température et l’humidité relative

Un appareil utilisé pour mesurer l’humidité de l’air est appelé psychromètre ou hygromètre . Un hygrostat est un interrupteur déclenché par l’humidité, souvent utilisé pour contrôler un déshumidificateur .

L’humidité d’un mélange d’air et de vapeur d’eau est déterminée à l’aide de diagrammes psychrométriques si la température de bulbe sec ( T ) et la température de _bulbe humide ( Tw ) du mélange sont connues. Ces quantités sont facilement estimées à l’aide d’un psychromètre à fronde .

Il existe plusieurs formules empiriques qui peuvent être utilisées pour estimer la Pression de vapeur d’équilibre de la vapeur d’eau en fonction de la température. L’ équation d’Antoine est parmi les moins complexes d’entre elles, n’ayant que trois paramètres ( A , B et C ). D’autres formules, telles que l’ équation de Goff-Gratch et l’ approximation de Magnus-Tetens , sont plus compliquées mais offrent une meilleure précision. ^{[ citation nécessaire ]}

L’ équation d’Arden Buck est couramment rencontrée dans la littérature sur ce sujet : ^[19]

e w ∗ = ( 1.0007 + 3.46 × 10 − 6 P ) × 6.1121 e 17.502 T / ( 240.97 + T ) , {displaystyle e_{w}^{*}=left(1.0007+3.46times 10^{-6}Pright)times 6.1121,e^{17.502T/(240.97+T)},}

où T {displaystyle T} est la température sèche exprimée en degrés Celsius (°C), P {displaystyle P} est la pression absolue exprimée en millibars, et e w ∗ {displaystyle e_{w}^{*}} est la Pression de vapeur d’équilibre exprimée en millibars. Buck a rapporté que l’erreur relative maximale est inférieure à 0,20% entre -20 et +50 ° C (-4 et 122 ° F) lorsque cette forme particulière de la formule généralisée est utilisée pour estimer la Pression de vapeur d’équilibre de l’eau.

Il existe différents appareils permettant de mesurer et de réguler l’humidité. Les normes d’étalonnage pour la mesure la plus précise comprennent l’ hygromètre gravimétrique , l’Hygromètre à miroir refroidi et l’ hygromètre électrolytique . La méthode gravimétrique, bien que la plus précise, est très lourde. Pour une mesure rapide et très précise, la méthode du miroir refroidi est efficace. ^[20] Pour les mesures en ligne de processus, les capteurs les plus couramment utilisés de nos jours sont basés sur des mesures de capacité pour mesurer l’humidité relative, ^[21]fréquemment avec des conversions internes pour afficher également l’humidité absolue. Ceux-ci sont bon marché, simples, généralement précis et relativement robustes. Tous les capteurs d’humidité sont confrontés à des problèmes de mesure des gaz chargés de poussière, tels que les flux d’échappement des séchoirs .

L’humidité est également mesurée à l’échelle mondiale à l’aide de satellites placés à distance . Ces satellites sont capables de détecter la concentration d’eau dans la troposphère à des altitudes comprises entre 4 et 12 km (2,5 et 7,5 mi). Les satellites capables de mesurer la vapeur d’eau sont équipés de capteurs sensibles au rayonnement infrarouge . La vapeur d’eau absorbe et réémet spécifiquement le rayonnement dans cette bande spectrale. L’imagerie satellitaire de la vapeur d’eau joue un rôle important dans la surveillance des conditions climatiques (comme la formation d’orages) et dans l’élaboration des prévisions météorologiques .

Densité et volume de l’air

L’humidité dépend de la vaporisation et de la condensation de l’eau, qui, à son tour, dépend principalement de la température. Par conséquent, lors de l’application de plus de pression à un gaz saturé d’eau, tous les composants diminueront initialement de volume approximativement selon la loi des gaz parfaits. Cependant, une partie de l’eau se condensera jusqu’à revenir à presque la même humidité qu’auparavant, donnant le volume total résultant s’écartant de ce que prévoyait la loi des gaz parfaits. À l’inverse, une température décroissante entraînerait également une certaine condensation de l’eau, faisant à nouveau s’écarter le volume final de celui prévu par la loi des gaz parfaits. Par conséquent, le volume de gaz peut également être exprimé en volume sec, à l’exclusion de la teneur en humidité. Cette fraction suit plus précisément la loi des gaz parfaits. Au contraire, le volume saturé est le volume qu’aurait un mélange gazeux si de l’humidité y était ajoutée jusqu’à saturation (ou 100% d’humidité relative).

L’air humide est moins dense que l’air sec car une molécule d’eau ( M ≈ 18 u ) est moins massive qu’une molécule d’ azote (M ≈ 28) ou qu’une molécule d’ oxygène (M ≈ 32). Environ 78 % des molécules de l’air sec sont de l’azote (N ₂ ). Un autre 21% des molécules dans l’air sec sont de l’oxygène (O ₂ ). Le dernier 1 % d’air sec est un mélange d’autres gaz.

Pour tout gaz, à une température et une pression données, le nombre de molécules présentes dans un volume particulier est constant – voir loi des gaz parfaits . Ainsi, lorsque des molécules d’eau (vapeur) sont introduites dans ce volume d’air sec, le nombre de molécules d’air dans le volume doit diminuer du même nombre, si la température et la pression restent constantes. (L’ajout de molécules d’eau, ou de toute autre molécule, à un gaz, sans élimination d’un nombre égal d’autres molécules, nécessitera nécessairement un changement de température, de pression ou de volume total, c’est-à-dire un changement d’ au moinsl’un de ces trois paramètres. Si la température et la pression restent constantes, le volume augmente et les molécules d’air sec qui ont été déplacées se déplaceront initialement dans le volume supplémentaire, après quoi le mélange finira par devenir uniforme par diffusion.) D’où la masse par unité de volume du gaz— sa densité—diminue. Isaac Newton a découvert ce phénomène et en a parlé dans son livre Opticks . ^[22]

Dépendance à la pression

L’humidité relative d’un système air-eau dépend non seulement de la température mais aussi de la pression absolue du système d’intérêt. Cette dépendance est démontrée en considérant le système air-eau illustré ci-dessous. Le système est fermé (c’est-à-dire, aucune matière entre ou sort du système).

Si le système à l’état A est chauffé de manière isobare (chauffage sans changement de pression du système), alors l’humidité relative du système diminue car la Pression de vapeur d’équilibre de l’eau augmente avec l’augmentation de la température. Ceci est montré dans l’état B.

Si le système à l’état A est comprimé de manière isotherme (comprimé sans changement de température du système), alors l’humidité relative du système augmente car la pression partielle de l’eau dans le système augmente avec la réduction de volume. Ceci est illustré dans l’état C. Au-dessus de 202,64 kPa, l’humidité relative dépasserait 100 % et l’eau pourrait commencer à se condenser.

Si la pression de l’état A était modifiée en ajoutant simplement plus d’air sec, sans modifier le volume, l’humidité relative ne changerait pas.

Par conséquent, une modification de l’humidité relative peut s’expliquer par une modification de la température du système, une modification du volume du système ou une modification de ces deux propriétés du système.

Facteur d’amélioration

Le facteur d’amélioration ( f w ) {displaystyle (f_{w})} est défini comme le rapport de la pression de vapeur saturante de l’eau dans l’air humide ( e w ′ ) {displaystyle (e’_{w})} à la pression de vapeur saturante de l’eau pure :

f W = e w ′ e w ∗ . {displaystyle f_{W}={frac {e’_{w}}{e_{w}^{*}}}.}

Le facteur d’amélioration est égal à l’unité pour les systèmes de gaz parfaits. Cependant, dans les systèmes réels, les effets d’interaction entre les molécules de gaz se traduisent par une légère augmentation de la Pression de vapeur d’équilibre de l’eau dans l’air par rapport à la Pression de vapeur d’équilibre de la vapeur d’eau pure. Par conséquent, le facteur d’amélioration est normalement légèrement supérieur à l’unité pour les systèmes réels.

Le facteur d’amélioration est couramment utilisé pour corriger la Pression de vapeur d’équilibre de la vapeur d’eau lorsque des relations empiriques, telles que celles développées par Wexler, Goff et Gratch, sont utilisées pour estimer les propriétés des systèmes psychrométriques.

Buck a rapporté qu’au niveau de la mer, la pression de vapeur de l’eau dans l’air humide saturé s’élève à une augmentation d’environ 0,5% par rapport à la Pression de vapeur d’équilibre de l’eau pure. ^[19]

Effets

Hygrostat réglé à 50% d’humidité relative Humidor , utilisé pour contrôler l’humidité des cigares

La climatisation fait référence au contrôle de la température et de l’humidité relative dans les bâtiments, les véhicules et autres espaces clos dans le but d’assurer le confort, la santé et la sécurité des personnes, et de répondre aux exigences environnementales des machines, des matériaux sensibles (par exemple, historiques) et techniques. processus.

Climat

Humidité moyenne autour de l’Australie toute l’année à 9h 80–90 % 30–40 %

Bien que l’humidité elle-même soit une variable climatique, elle affecte également d’autres variables climatiques. L’humidité ambiante est affectée par les vents et les précipitations.

Les villes les plus humides de la planète sont généralement situées plus près de l’équateur, près des régions côtières. Les villes de certaines régions d’Asie et d’Océanie sont parmi les plus humides. Bangkok , Ho Chi Minh-Ville , Kuala Lumpur , Hong Kong , Manille , Jakarta , Naha , Singapour , Kaohsiung et Taipei ont une humidité très élevée presque toute l’année en raison de leur proximité avec les plans d’eau et l’ équateur et du temps souvent couvert. Certains endroits connaissent une humidité extrême pendant la saison des pluies combinée à une chaleur donnant la sensation d’un sauna tiède, comme Kolkata, Chennai et Cochin en Inde , et Lahore au Pakistan . La ville de Sukkur située sur le fleuve Indus au Pakistan a certains des points de rosée les plus élevés et les plus inconfortables du pays, dépassant fréquemment 30 ° C (86 ° F) pendant la saison de la mousson . ^[23]

Les températures élevées se combinent au Point de rosée élevé pour créer un Indice de chaleur supérieur à 65 ° C (149 ° F). Darwin connaît une saison des pluies extrêmement humide de décembre à avril. Houston , Miami , San Diego , Osaka , Shanghai , Shenzhen et Tokyoont également une période extrêmement humide pendant leurs mois d’été. Pendant les saisons de mousson du sud-ouest et du nord-est (respectivement de fin mai à septembre et de novembre à mars), attendez-vous à de fortes pluies et à une humidité relativement élevée après les précipitations. En dehors des saisons de mousson, l’humidité est élevée (par rapport aux pays plus éloignés de l’équateur), mais les journées complètement ensoleillées abondent. Dans les endroits plus frais tels que le nord de la Tasmanie, en Australie, une humidité élevée est ressentie toute l’année en raison de l’océan entre l’Australie continentale et la Tasmanie. En été, l’air chaud et sec est absorbé par cet océan et la température monte rarement au-dessus de 35 °C (95 °F).

Climat mondial

L’humidité affecte le bilan énergétique et influence ainsi les températures de deux manières principales. Premièrement, la vapeur d’eau dans l’atmosphère contient de l’énergie « latente ». Lors de la Transpiration ou de l’évaporation, cette chaleur latente est évacuée du liquide de surface, refroidissant la surface terrestre. C’est le plus grand effet de refroidissement non radiatif à la surface. Il compense environ 70 % du réchauffement radiatif net moyen à la surface.

Deuxièmement, la vapeur d’eau est le plus abondant de tous les Gaz à effet de serre . La vapeur d’eau, comme une lentille verte qui laisse passer la lumière verte mais absorbe la lumière rouge, est un “absorbeur sélectif”. Comme les autres Gaz à effet de serre, la vapeur d’eau est transparente à la plupart de l’énergie solaire. Cependant, il absorbe l’énergie infrarouge émise (rayonnée) vers le haut par la surface de la terre, ce qui explique que les zones humides subissent très peu de refroidissement nocturne, mais que les régions désertiques sèches se refroidissent considérablement la nuit. Cette absorption sélective provoque l’effet de serre. Il élève la température de surface sensiblement au-dessus de sa température d’équilibre radiatif théorique avec le soleil, et la vapeur d’eau est la cause de plus de ce réchauffement que tout autre Gaz à effet de serre.

Contrairement à la plupart des autres Gaz à effet de serre, cependant, l’eau n’est pas simplement en dessous de son point d’ébullition dans toutes les régions de la Terre, mais en dessous de son point de congélation à de nombreuses altitudes. En tant que Gaz à effet de serre condensable, il précipite , avec une hauteur d’échelle beaucoup plus faible et une durée de vie atmosphérique plus courte – des semaines au lieu de décennies. Sans les autres Gaz à effet de serre, la Température du corps noir de la Terre , inférieure au point de congélation de l’eau, entraînerait l’élimination de la vapeur d’eau de l’atmosphère. ^{[24] [25] [26]} La vapeur d’eau est donc « esclave » des Gaz à effet de serre non condensables. ^{[27] [28] [29]}

Vie animale et végétale

Tillandsia usneoides dans Tropical house, Royal Botanic Gardens, Kew. Il pousse là où le climat est suffisamment chaud et où l’humidité moyenne est relativement élevée.

L’humidité est l’un des facteurs abiotiques fondamentaux qui définissent tout habitat (la toundra, les zones humides et le désert en sont quelques exemples) et détermine quels animaux et plantes peuvent prospérer dans un environnement donné. ^[30]

Le corps humain dissipe la chaleur par la Transpiration et son évaporation. La convection de la chaleur vers l’air ambiant et le rayonnement thermique sont les principaux modes de transport de la chaleur depuis le corps. Dans des conditions de forte humidité, le taux d’évaporation de la sueur de la peau diminue. De plus, si l’atmosphère est aussi chaude ou plus chaude que la peau pendant les périodes de forte humidité, le sang amené à la surface du corps ne peut pas dissiper la chaleur par conduction dans l’air. Avec autant de sang qui va à la surface externe du corps, moins va aux muscles actifs , au cerveau et aux autres organes internes . La force physique diminue et la fatiguesurvient plus tôt qu’il ne le ferait autrement. La vigilance et la capacité mentale peuvent également être affectées, entraînant un coup de chaleur ou une hyperthermie .

Confort humain

Bien que l’humidité soit un facteur important pour le confort thermique, l’homme est plus sensible aux variations de température qu’aux changements d’humidité relative. ^[31] L’humidité a un petit effet sur le confort thermique à l’extérieur lorsque les températures de l’air sont basses, un effet légèrement plus prononcé à des températures de l’air modérées et une influence beaucoup plus forte à des températures de l’air plus élevées. ^[32]

Les humains sont sensibles à l’air humide car le corps humain utilise le refroidissement par évaporation comme principal mécanisme de régulation de la température. Dans des conditions humides, la vitesse à laquelle la Transpiration s’évapore sur la peau est plus faible que dans des conditions arides. Parce que les humains perçoivent le taux de transfert de chaleur du corps plutôt que la température elle-même, nous nous sentons plus chauds lorsque l’humidité relative est élevée que lorsqu’elle est faible.

Les humains peuvent être à l’aise dans une large gamme d’humidités en fonction de la température – de 30 à 70% ^[33] – mais idéalement pas au-dessus de l’absolu (Point de rosée de 60 ° F), ^[34] entre 40 % ^[35] et 60 % . ^[36] En général, des températures plus élevées nécessiteront des taux d’humidité plus faibles pour obtenir un confort thermique par rapport à des températures plus basses, tous les autres facteurs étant maintenus constants. Par exemple, avec un niveau vestimentaire = 1, un taux métabolique = 1,1 et une vitesse de l’air de 0,1 m/s, un changement de la température de l’air et de la température radiante moyenne de 20 °C à 24 °C abaisserait l’humidité relative maximale acceptable de 100 % à 65% pour maintenir les conditions de confort thermique. La BCEL’outil de confort thermique peut être utilisé pour démontrer l’effet de l’humidité relative pour des conditions de confort thermique spécifiques et il peut être utilisé pour démontrer la conformité à la norme ASHRAE 55-2017. ^[37]

Certaines personnes éprouvent des difficultés à respirer dans des environnements humides. Certains cas peuvent éventuellement être liés à des troubles respiratoires tels que l’asthme , tandis que d’autres peuvent être le produit de l’anxiété . Les personnes atteintes hyperventilent souvent en réponse, provoquant des sensations d’ engourdissement , d’ évanouissement et de perte de concentration , entre autres. ^[38]

Une humidité très faible peut créer une gêne, des problèmes respiratoires et aggraver les allergies chez certaines personnes. Une faible humidité provoque l’assèchement, la fissuration et la sensibilité des tissus qui tapissent les voies nasales et les rend plus sensibles à la pénétration des virus du rhume rhinovirus . ^[39] Des humidités relatives extrêmement faibles (inférieures à 20 %) peuvent également provoquer une irritation des yeux. ^{[40] [41]} L’utilisation d’un humidificateur dans les maisons, en particulier les chambres, peut aider à soulager ces symptômes. ^[42] Les humidités relatives intérieures doivent être maintenues au-dessus de 30 % pour réduire le risque d’assèchement des voies nasales de l’occupant, surtout en hiver. ^{[40] [43] [44]}

La climatisation réduit l’inconfort en réduisant non seulement la température mais aussi l’humidité. Le chauffage de l’air extérieur froid peut réduire les niveaux d’humidité relative à l’intérieur à moins de 30 %. ^[45] Selon la norme ASHRAE 55-2017 : Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy , le confort thermique intérieur peut être obtenu grâce à la méthode PMV avec des humidités relatives allant de 0 % à 100 %, selon les niveaux des autres facteurs contribuant à la température . confort. ^[46] Cependant, la plage recommandée d’humidité relative intérieure dans les bâtiments climatisés est généralement de 30 à 60 %. ^{[47] [48]}

Santé humaine

Une humidité plus élevée réduit l’infectiosité du virus de la grippe en aérosol. Une étude a conclu : “Le maintien d’une humidité relative intérieure > 40 % réduira considérablement l’infectiosité du virus en aérosol.” ^[49]

La clairance mucociliaire dans les voies respiratoires est également entravée par une faible humidité. Une étude chez le chien a révélé que le transport du mucus était plus faible à une humidité absolue de 9 g d’eau/m ³ qu’à 30 g d’eau/m ³ . ^[50]

Une humidité accrue peut également entraîner des changements dans l’eau corporelle totale, ce qui entraîne généralement une prise de poids modérée, surtout si l’on est habitué à travailler ou à faire de l’exercice par temps chaud et humide. ^[51]

Construction de bâtiments

Effets d’un taux d’humidité élevé dans une structure de bâtiment ( efflorescence primaire )

Les méthodes de construction courantes produisent souvent des enceintes de bâtiment avec une limite thermique médiocre, nécessitant un système d’ isolation et de pare-air conçu pour conserver les conditions environnementales intérieures tout en résistant aux conditions environnementales externes. ^[52] L’architecture économe en énergie et fortement scellée introduite au XXe siècle a également scellé le mouvement de l’humidité, ce qui a entraîné un problème secondaire de formation de condensation dans et autour des murs, ce qui favorise le développement de moisissures. De plus, les bâtiments dont les fondations ne sont pas correctement scellées permettront à l’eau de s’écouler à travers les murs en raison de l’action capillaire.des pores trouvés dans les produits de maçonnerie. Les solutions pour des bâtiments économes en énergie qui évitent la condensation sont un sujet actuel de l’architecture.

Pour le contrôle du climat dans les bâtiments utilisant des systèmes CVC , la clé est de maintenir l’humidité relative dans une plage confortable, suffisamment basse pour être confortable mais suffisamment élevée pour éviter les problèmes associés à un air très sec.

Lorsque la température est élevée et que l’humidité relative est faible, l’évaporation de l’eau est rapide ; le sol sèche, les vêtements mouillés suspendus à une corde ou à un support sèchent rapidement et la Transpiration s’évapore facilement de la peau. Les meubles en bois peuvent rétrécir, provoquant la fracture de la peinture qui recouvre ces surfaces.

Lorsque la température est basse et que l’humidité relative est élevée, l’évaporation de l’eau est lente. Lorsque l’humidité relative approche 100 %, de la condensation peut se produire sur les surfaces, entraînant des problèmes de moisissure , de corrosion, de pourriture et d’autres détériorations liées à l’humidité. La condensation peut poser un risque pour la sécurité car elle peut favoriser la croissance de moisissures et de pourriture du bois ainsi que le gel des issues de secours fermées.

Certains processus et traitements de production et techniques dans les usines, laboratoires, hôpitaux et autres installations nécessitent le maintien de niveaux d’humidité relative spécifiques à l’aide d’humidificateurs, de déshumidificateurs et de systèmes de contrôle associés.

Véhicules

Les principes de base pour les bâtiments, ci-dessus, s’appliquent également aux véhicules. De plus, il peut y avoir des considérations de sécurité. Par exemple, une humidité élevée à l’intérieur d’un véhicule peut entraîner des problèmes de condensation, tels que la buée sur les pare- brise et le court- circuit des composants électriques. Dans les véhicules et les récipients sous pression tels que les avions de ligne pressurisés , les submersibles et les engins spatiaux , ces considérations peuvent être essentielles à la sécurité, et des systèmes complexes de contrôle de l’environnement, y compris des équipements pour maintenir la pression, sont nécessaires.

Aviation

Les avions de ligne fonctionnent avec une faible humidité relative interne, souvent inférieure à 20 %, ^[53]surtout sur les longs vols. La faible humidité est une conséquence de l’aspiration d’air très froid avec une faible humidité absolue, que l’on trouve aux altitudes de croisière des avions de ligne. Le réchauffement ultérieur de cet air abaisse son humidité relative. Cela provoque une gêne telle que des yeux endoloris, une peau sèche et un dessèchement des muqueuses, mais les humidificateurs ne sont pas utilisés pour l’élever à des niveaux moyens confortables car le volume d’eau nécessaire à transporter à bord peut être une pénalité de poids importante. Au fur et à mesure que les avions de ligne descendent d’altitudes plus froides dans de l’air plus chaud (peut-être même en volant à travers des nuages ​​à quelques milliers de pieds au-dessus du sol), l’humidité relative ambiante peut augmenter considérablement. Une partie de cet air humide est généralement aspirée dans la cabine pressurisée de l’avion et dans d’autres zones non pressurisées de l’avion et se condense sur la peau froide de l’avion. On peut généralement voir de l’eau liquide couler le long de la peau de l’avion, à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de la cabine. En raison des changements drastiques de l’humidité relative à l’intérieur du véhicule, les composants doivent être qualifiés pour fonctionner dans ces environnements. Les qualifications environnementales recommandées pour la plupart des composants d’avions commerciaux sont répertoriées dansRTCA DO-160 .

L’air froid et humide peut favoriser la formation de glace, ce qui constitue un danger pour les avions car il affecte le profil de l’aile et augmente le poids. Les moteurs à carburateur présentent un autre danger de formation de glace à l’intérieur du carburateur . Les bulletins météorologiques pour l’aviation ( METAR ) comprennent donc une indication de l’humidité relative, généralement sous la forme du Point de rosée .

Les pilotes doivent tenir compte de l’humidité lors du calcul des distances de décollage, car une humidité élevée nécessite des pistes plus longues et réduira les performances de montée.

L’altitude-densité est l’altitude par rapport aux conditions atmosphériques standard (International Standard Atmosphere) à laquelle la densité de l’air serait égale à la densité de l’air indiquée au lieu d’observation, ou, en d’autres termes, la hauteur mesurée en termes de densité de l’air plutôt que la distance du sol. “Altitude densité” est l’altitude pression ajustée pour une température non standard.

Une augmentation de la température et, dans une moindre mesure, de l’humidité, entraînera une augmentation de l’altitude-densité. Ainsi, dans des conditions chaudes et humides, l’altitude-densité à un endroit particulier peut être nettement supérieure à l’altitude réelle.

Électronique

Sac déshydratant ( gel de silice ), généralement inclus dans les emballages contenant des produits électroniques pour contrôler l’humidité

Les appareils électroniques sont souvent conçus pour fonctionner uniquement dans certaines conditions d’humidité (par exemple, 10 % à 90 %). À l’extrémité supérieure de la plage, l’humidité peut augmenter la conductivité des isolateurs perméables, entraînant un dysfonctionnement. Une humidité trop faible peut rendre les matériaux cassants. Un danger particulier pour les appareils électroniques, quelle que soit la plage d’humidité de fonctionnement indiquée, est la condensation . Lorsqu’un appareil électronique est déplacé d’un endroit froid (par exemple, un garage, une voiture, un hangar, un espace climatisé sous les tropiques) vers un endroit chaud et humide (maison, hors des tropiques), la condensation peut recouvrir les circuits imprimés et autres isolants, entraînant des courts -circuits. circuit à l’intérieur de l’équipement. De tels courts-circuits peuvent causer des dommages permanents importants si l’équipement est mis sous tension avant que la condensation n’ait disparu.évaporé . Un effet de condensation similaire peut souvent être observé lorsqu’une personne portant des lunettes vient du froid (c’est-à-dire que les lunettes deviennent embuées). ^[54] Il est conseillé de laisser les équipements électroniques s’acclimater pendant plusieurs heures, après les avoir ramenés du froid, avant de les allumer. Certains appareils électroniques peuvent détecter un tel changement et indiquer, lorsqu’ils sont branchés et généralement avec un petit symbole de gouttelette, qu’ils ne peuvent pas être utilisés tant que le risque de condensation n’est pas passé. Dans les situations où le temps est critique, l’augmentation du débit d’air à travers les composants internes de l’appareil, comme le retrait du panneau latéral d’un boîtier de PC et l’envoi d’un ventilateur dans le boîtier, réduira considérablement le temps nécessaire pour s’acclimater au nouvel environnement.

En revanche, un taux d’humidité très faible favorise l’accumulation d’ électricité statique , ce qui peut entraîner l’arrêt spontané des ordinateurs lors de décharges. Outre la fonction erratique parasite, les décharges électrostatiques peuvent provoquer une rupture diélectrique dans les dispositifs à semi-conducteurs, entraînant des dommages irréversibles. Les centres de données surveillent souvent les niveaux d’humidité relative pour ces raisons.

Industrie

Une humidité élevée peut souvent avoir un effet négatif sur la capacité des usines chimiques et des raffineries qui utilisent des fours dans le cadre de certains procédés (par exemple, reformage à la vapeur, procédés humides à l’acide sulfurique). Par exemple, étant donné que l’humidité réduit les concentrations d’oxygène ambiant (l’air sec contient généralement 20,9 % d’oxygène, mais à 100 % d’humidité relative, l’air contient 20,4 % d’oxygène), les ventilateurs de gaz de combustion doivent aspirer l’air à un débit plus élevé que celui qui serait autrement nécessaire pour maintenir le même cadence de tir. ^[55]

Pâtisserie

Une humidité élevée dans le four, représentée par une température de bulbe humide élevée , augmente la conductivité thermique de l’air autour de l’article cuit, ce qui accélère le processus de cuisson ou même la combustion. À l’inverse, une faible humidité ralentit le processus de cuisson. ^[56]

Autres faits importants

A 100% d’humidité relative, l’air est saturé et à son Point de rosée : la pression de vapeur d’eau ne permettrait ni l’ évaporation de l’eau liquide voisine ni la condensation pour faire croître l’eau voisine ; ni sublimation de la glace voisine ni dépôt pour faire croître la glace voisine.

L’humidité relative peut dépasser 100 %, auquel cas l’air est Sursaturé . La formation des nuages ​​nécessite de l’air Sursaturé . Les noyaux de condensation des nuages ​​abaissent le niveau de sursaturation requis pour former des brouillards et des nuages ​​- en l’absence de noyaux autour desquels des gouttelettes ou de la glace peuvent se former, un niveau de sursaturation plus élevé est nécessaire pour que ces gouttelettes ou cristaux de glace se forment spontanément. Dans la chambre à brouillard Wilson , qui est utilisée dans les expériences de physique nucléaire, un état de sursaturation est créé dans la chambre et les particules subatomiques en mouvement agissent comme des noyaux de condensation, de sorte que des traînées de brouillard montrent les trajectoires de ces particules.

Pour un Point de rosée donné et son humidité absolue correspondante , l’humidité relative changera inversement, quoique de manière non linéaire, avec la température . En effet, la pression partielle de l’eau augmente avec la température – le principe de fonctionnement derrière tout, des sèche- cheveux aux déshumidificateurs .

En raison du potentiel croissant d’une pression partielle de vapeur d’eau plus élevée à des températures de l’air plus élevées, la teneur en eau de l’air au niveau de la mer peut atteindre 3% en masse à 30 ° C (86 ° F) contre pas plus d’environ 0,5 % en masse à 0 °C (32 °F). Cela explique les faibles niveaux (en l’absence de mesures d’apport d’humidité) d’humidité dans les structures chauffées pendant l’hiver, entraînant une sécheresse de la peau , des yeux qui piquent et la persistance de charges électriques statiques . Même avec une saturation (100 % d’humidité relative) à l’extérieur, le chauffage de l’air extérieur infiltré qui entre à l’intérieur augmente sa capacité d’humidité, ce qui réduit l’humidité relative et augmente les taux d’évaporation des surfaces humides à l’intérieur (y compris les corps humains et les plantes domestiques).

De même, pendant l’été dans les climats humides, une grande quantité d’eau liquide se condense à partir de l’air refroidi dans les climatiseurs. L’air plus chaud est refroidi en dessous de son Point de rosée et la vapeur d’eau en excès se condense. Ce phénomène est le même que celui qui provoque la formation de gouttelettes d’eau à l’extérieur d’une tasse contenant une boisson glacée.

Une règle empirique utile est que l’ humidité absolue maximale double pour chaque augmentation de température de 20 °F (11 °C). Ainsi, l’humidité relative chutera d’un facteur 2 pour chaque augmentation de température de 20 °F (11 °C), en supposant la conservation de l’humidité absolue. Par exemple, dans la plage de températures normales, l’air à 68 °F (20 °C) et 50 % d’humidité relative deviendra saturé s’il est refroidi à 50 °F (10 °C), son Point de rosée et 41 °F (5 °C) de l’air à 80 % d’humidité relative réchauffé à 68 °F (20 °C) aura une humidité relative de seulement 29 % et sera sec au toucher. En comparaison, la norme de confort thermique ASHRAE 55 exige que les systèmes conçus pour contrôler l’humidité maintiennent un Point de rosée de 16,8 ° C (62,2 ° F) bien qu’aucune limite d’humidité inférieure ne soit établie. ^[46]

La vapeur d’eau est un gaz plus léger que les autres composants gazeux de l’air à la même température, donc l’air humide aura tendance à monter par convection naturelle . Il s’agit d’un mécanisme à l’origine des orages et d’autres phénomènes météorologiques . L’humidité relative est souvent mentionnée dans les prévisions et les rapports météorologiques, car elle est un indicateur de la probabilité de rosée ou de brouillard. Par temps chaud en été , il augmente également la température apparente pour les humains (et les autres animaux ) en empêchant l’ évaporation de la Transpiration de la peau à mesure que l’humidité relative augmente. Cet effet est calculé comme l’ Indice de chaleur ouhumidex .

Un appareil utilisé pour mesurer l’humidité s’appelle un hygromètre ; celui utilisé pour le réguler s’appelle un hygrostat , ou parfois un hygrostat . (Ceux-ci sont analogues à un thermomètre et un thermostat pour la température, respectivement.)

Voir également

• Concentration
• Dépression du Point de rosée
• Indice de chaleur
• Tampon d’humidité
• Carte indicateur d’humidité
• Indicateur d’humidité
• Psychrométrie
• Densité de vapeur saturante
• Activité d’eau

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Liens externes

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• Carte actuelle de l’humidité relative mondiale