AIR SEC, AIR HUMIDE ET AIR SATURE. L'air sec. L'air saturé. 20 La Météorologie 8 e série - n 2 - juin 1993

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1 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin L'HUMIDITE DE L'AIR ; MESURES HYGROMETRIQUES AU SOL Christian Prrin d Brichambaut Société Météorologiqu d Franc, 2 avnu Rapp 7540 Paris Cdx 07 OBSERVATION GENERALITES Tout d'abord, d quoi s'agit-il? Qu rprésnt xactmnt, physiqumnt, l'«humidité d l'air»? En princip, c'st la quantité d'au qu contint ct air sous form d vapur, incolor t inodor. Mais on put xprimr ctt humidité sous bin ds forms, t la msurr avc ds méthods très divrss slon la grandur qu l'on vut détrminr. Exmpl 1 On suppos, dans tous cs xmpls, qu l'altitud st faibl t qu la prssion atmosphériqu st normal, pu différnt d 1010 hpa. Dans un pièc à 20 C, on msur un humidité rlativ d 50%. On n déduit aussitôt qu la tnsion d vapur d'au st d 2,4 x 0,5 = 11.7 hpa t qu l rapport d mélang st d 14.8 x 0,5 = 7,4 g d'au pour 1 kg d'air sc. La bué s déposra sur un vitr ou un boutill à 9 C (ou moins), mais pas à 10 C (ou plus). Et si l'on vut baissr l'humidité à 25%, il faudra rtirr,7 g d'au par kg d'air sc : pour un pièc d 0 corrspondant à nviron 40 kg L plus souvnt, slon ls indications habitulls ds hygromètrs du commrc, il s'agit d l'humidité rlativ, U, xprimé n % : c'st n fft d ctt grandur qu dépndnt d nombruss conséquncs d'ordr biologiqu, comm l dévloppmnt ds moisissurs par xmpl, mais aussi d'ordr pratiqu, comm l'ondulation ds chvux ou la déformation ds objts n bois, ou ncor d'ordr météorologiqu, comm l brouillard t ls nuags. Mais, pour un mêm valur d l'humidité rlativ, la quantité d vapur d'au qu l'on trouv dans l'air dépnd d la tmpératur d l'air: il st donc nécssair d procédr à cs dux msurs, tmpératur t humidité rlativ, si l'on vut évalur corrctmnt l contnu ffctif d l'air humid n vapur d'au, c'st-à-dir la concntration, n mass ou n volum, d la vapur d'au dans ct air humid, son rapport d mélang, r, dont la connaissanc st nécssair pour crtains applications comm l conditionnmnt d'air. d'air sc, il faudra donc condnsr 148 g d'au. C'st n fft d c contnu n (vapur d") au qu dépnd l Invrsmnt, il faudra fair évaporr nviron phénomèn d rosé, c'st-à-dir l dépôt d bué t d condnsations sur 150 g d'au pour portr l'humidité à 75%, la un objt froid, sortant du réfrigératur par xmpl; t c'st d'aillurs là tmpératur d l'air d la pièc rstant inchangépératur d la surfac d'un miroir, lntmnt rfroidi, au momnt où un méthod d msur assz fficac, consistant à détrminr la tm apparaît la bué : on obtint alors la tmpératur du point d rosé, Td, dirctmnt lié au rapport d mélang, r, ou à la prssion partill d la vapur d'au. Ctt drnièr grandur, la prssion partill d la vapur d'au,, st égalmnt un caractéristiqu d l'humidité d l'air : ll indiqu qu la vapur d'au st rsponsabl d'un fraction, généralmnt faibl mais non négligabl, d la prssion atmosphériqu total P, la part principal étant du à l'air sc. Ctt prssion partill st naturllmnt lié à la quantité d vapur d'au contnu dans l'air humid, donc à l'humidité d l'air. Enfin, l séchag du ling ou d matériaux humids (grains, fourrag,...) dépnd aussi ct l'humidité d l'air ou, plus précisémnt, d la quanti té d'au qu l'air put accptr avant d'n êtr saturé; d mêm, l'imprssion d froid qu l'on rssnt à la sorti d'un bain, jusqu'au momnt où la pau dvint sèch, découl dirctmnt d l'influnc d l'humidité t d la tmpératur d l'air sur la vitss d'évaporation d l'au liquid : intrvint alors la notion d déficit d saturation, d différnc ds prssions partills dus à la vapur d'au ntr l'air au contact immédiat d la surfac évaporant t l'air libr, plus ou moins humid.

2 20 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin 199 AIR SEC, AIR HUMIDE ET AIR SATURE L'air sc L'air saturé L'air sc st, par définition, d l'air débarrassé d tout trac d vapur d'au, parfaitmnt dsséché. Son humidité rlativ st donc null, d mêm qu son rapport d mélang, t tout apport d'au liquid put s'évaporr aussitôt n l'humidifiant. L'air saturé n vapur d'au n put plus accuillir la moindr trac d vapur d'au supplémntair, qui s condns aussitôt n au liquid (bué, rosé, gouttltts d brouillard ou d nuag) ou solid (givr, glé blanch, cristaux d glac ds nuags élvés) : son humidité rlativ st alors égal à 100% t la prssion partill d vapur d'au à la saturation, SW, n dépnd qu d la tmpératur. Par contr, l rapport d mélang saturant,rsw dépnd aussi d la prssion atmosphériqu. t r sw sat. au sol pr. vap. au sat. ( C) (g H 2 0/kg air sc) sw (hpa) 45 C 65, 95,9 40 C 49,0 7,8 5 C 7,6 56,2 0 C 27, 42,4 25 C 20,2 1,7 20 C 14,8 2,4 15 C 10,6 17,0 10 C 7,7 12, 5 C 5,4 8,7 0 C,8 6,1 Tablau 1 - Rapport d mélang t prssion d vapur d'au saturants pour ds tmpératurs positivs A d faibls altituds, pour un prssion atmosphériqu normal (par xmpl 1010 hpa), ls corrspondancs figurant dans l tablau 1 puvnt êtr rtnus. Dux formuls simpls puvnt êtr mployés pour connaîtr la prssion partill d vapur d'au saturant au-dssus d l'au liquid, sw, pour ds tmpératurs t compriss ntr 0 C t 50 C : sw (hpa) = xp (( t)/(252 + t)) formul simpl bin adapté aux bsoins courants, t la formul d Ttns : sw (hpa)= 6,1. xp ((17,27. t)/(27, +1)) très précis t parfaitmnt ajusté aux tabls officills. Notons sulmnt qu, sauf msurs ffctués très soignusmnt, avc ds instrumnts d précision parfaitmnt étalonnés t par ds tchnicins xpérimntés, ls prssions partills d vapur d'au puvnt rarmnt êtr connus avc un précision rlativ millur qu 5%. Bin ntndu, t comm nous l rappllrons ultériurmnt, l rapport d mélang saturant r w st donné par la formul : r sw (g/kg) =622- w /(P- w ) P étant la prssion atmosphériqu total, considéré égal à sa valur moynn aux faibls altituds (1010 hpa) dans l tablau 1 t dans la plupart ds xmpls donnés dans ct articl. t C r (r J si ( J (g/kg) (hpa) 0 C,8(,8) 6,1 (6,1) -10 C 1,6(1,8) 2,6(2,9) -20" C 0,6(0,8) 1,0(1,) -0" C 0,25 (0,) 0,4 (0,5) -40 : C 0,06 (0,1) 0,1 (0.2) Tablau 2 - Rapport d mélang t prssion d vapur d'au saturants pour ds tmpératurs négativs Aux tmpératurs d l'air infériurs à 0 C, l'équilibr d saturation s produit généralmnt vis-àvis d la glac, d l'au solid t non plus liquid, t ls valurs à rtnir, r t, sont donnés dans l tablau 2 (sauf cas très particulir t transitoir d'équilibr n présnc d'au surfondu : ls valurs corrspondants, r t. sont donnés ntr parnthèss). Notons ici qu 1 m' d'air sc, à la prssion normal t à un tmpératur d 15 C, pès nviron 1, kg alors qu l mêm volum d vapur d'au, dans ls mêms conditions, n pès qu 0,8 kg. Ainsi, l'air humid st toujours plus légr, moins dns, qu l'air sc à la mêm prssion t à la mêm tmpératur.

3 21 U La Météorologi 8 séri - n 2 - j u i n 199 L'air humid L ' a i r humid s situ naturllmnt ntr cs dux xtrêms t put êtr considéré comm un mélang d'air sc t d vapur d'au, ou d'air sc t d'air saturé, tous dux à la mêm tmpératur. Exmpl 2 Par tmps calm, n fin d nuit, la tmpératur d l'air xtériur st d 5 C avc du brouillard, t un fin rosé s dépos sur ls brins d'hrb. L'humidité rlativ doit êtr proch d 100%, soit un tnsion d vapur d 8,7 hpa. Ls prmirs rayons d solil front évaporr l brouillard t la rosé, puis échauffront l sol t l'air, sans changr notablmnt la tnsion d vapur. Dans ctt hypothès, si la tmpératur mont jusqu'à 20 C dans l'après-midi, l'humidité rlativ à c momnt sra d 8,7/ 2,4 = 5 % nviron, n supposant qu la rosé évaporé n soit pas rsté confiné au sol. Exmpl Invrsmnt, si l'on msur l'un d cs autrs grandurs caractéristiqus du contnu n au d l'air humid, il faut égalmnt msurr sa tmpératur si l'on vut connaîtr son humidité rlativ. La formul à rtnir pour calculr l rapport d mélang r (n gramms d vapur d'au par kilogramm d'air sc) à partir d la prssion partill d vapur d'au t d la prssion atmosphériqu P, touts dux xprimés n hpa, st la suivant: r = 622 / (P - ) Pour un tmpératur ambiant d 25 C, l'humidité rlativ st d 75%. Un bac contnant d l'au t placé à l'ombr rst à un tmpératur voisin d 25 C, t un autr bac, au solil, voit sa tmpératur montr à 0 C. La prssion partill d vapur d'au ambiant st d 1,7 0,75 ~ 24 hpa. La tnsion d vapur saturant pour l prmir bac st d 1,7 hpa, ntraînant un déficit d saturation d 8 hpa nviron, alors qu, pour l duxièm, ll st d 42,4 hpa, corrspondant à un déficit d saturation d 18 hpa nviron. L'évaporation sur l bac au solil sra ainsi plus d 2 fois plus rapid qu pour l bac à l'ombr, pour ls mêms conditions d vnt. MESURE ABSOLUE DU CONTENU EN EAU Son humidité rlativ caractéris l rapport ntr son contnu n au t clui d'un air saturé à la mêm tmpératur. Encor faut-il msurr ctt tmpératur, n plus d l'humidité rlativ, si l'on vut connaîtr l contnu n au t ls autrs grandurs qui y sont liés : rapport d mélang, prssion partill d vapur d'au, déficit d saturation ou tmpératur du point d rosé. D mêm l'humidité rlativ s calcul aisémnt par la formul U = pour la saturation par rapport à l'au liquid. Enfin la rlation donnant la tmpératur du point d rosé st sw (Td) =. On s rappllra qu la mass d'un m d'air sc st proportionnll à la fois à la prssion Pt à l'invrs d la tmpératur absolu T (avct= t + 27 ): à 15 C ( T = 288 K ) t pour la prssion normal P = 101 hpa, ctt mass st d 1, kg. Il paraît ainsi util d passr n rvu ls méthods ls plus courammnt utilisés pour la msur d l'humidité d l'air, indépndammnt ou non d sa tmpératur. C 'st là un méthod d msur dirct t absolu, utilisé n laboratoir pour l'étalonnag d la plupart ds apparils d msur d l'humidité : ll consist à prélvr un volum connu d l'air à analysr, puis à absorbr tout la vapur d'au q u ' i l contint sur ds corps très avids d'au comm l'acid sulfuriqu concntré t à psr l'au ainsi rcuilli. Connaissant la quantité d'au par unité d volum d'air humid, connaissant par aillurs la prssion t la tmpératur d ct air, on n déduit aisémnt touts ls autrs grandurs caractéristiqus d son contnu n au. Il s'agit cpndant d'un msur pondéral, d'utilisation délicat, nécssitant l'mploi d'installations t d'instrumnts d haut précision t résrvé pour ctt raison aux étalonnags instrumntaux dans ds laboratoirs spécialisés. MESURE DE LA TEMPERATURE DU POINT DE ROSEE L princip d l'hygromètr à point d rosé d ' A l l u a r d consist à rfroidir lntmnt un miroir métalliqu n contact avc l'air dont on vut évalur l'humidité, t à msurr sa tmpératur d surfac dès qu'un légèr bué apparaît : on obtint alors la tmpératur du point d rosé (ou d glé), dont on déduit la prssion partill du à la vapur d'au, la valur du rapport d mélang,... Si l'on msur par aillurs la tmpératur d l'air, on put facilmnt calculr son humidité rlativ : cll-ci st égal au rapport ntr ls prssions partills d vapur saturant à la tmpératur d point d rosé t à cll d l'air. Slon ls domains d msur considérés, ctt méthod st plus ou moins précis; ll nécssit crtains précautions, aussi bin quant à la proprté du miroir métall iqu qu lors ds lcturs d tmpératur, t put donnr d'xcl lnts résultats. Un automatisation st par aillurs possibl, bin qu divrss causs d'rrur puissnt faussr ls msurs.

4 22 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin 199 U n g r a n d variété d ' h y g r o m è t r s fonctionnant sur c princip sont disponibls sur l m a r c h é. P o u r ls plus récnts, l rfroidissmnt du miroir dvant lqul circul l'air h u m i d st obtnu à l'aid d ' u n dispositif à s m i - c o n d u c t u r utilisant l'fft Pltir. La détction d la condnsation st assuré par un cllul p h o t o - é l c t r i q u a g i s s a n t sur un r é g u l a t u r du c o u r a n t d réfrigération : on put ainsi obtnir un dépôt d ' é p a i s s u r constant qull q u soit la tnur n vapur d ' a u d l'air. Figur 1 - Un hygromètr à point d rosé du commrc Ls apparils ls plus prfctionnés utilisnt au m o i n s dux clluls réagissant rspctivmnt à la lumièr réfléchi t à la lumièr diffusé; un m o n t a g différntil prmt d nutralisr, d a n s un crtain m s u r, ls ffts ds salissurs d la surfac du miroir t d viillissmnt d la sourc l u m i n u s. La t m p é ratur d la surfac du miroir, assimilabl à la tmpératur du point d rosé, st rpéré par un thrmo-résistanc ou un thrmistanc miniatur. A v c d tls h y g r o m è t r s, on obtint un précision d 1 C, p o u v a n t attindr 0,25 C, sur ls valurs d la t m p é r a t u r du point d rosé. C p n d a n t, lorsqu ctt tmpératur st c o m p r i s ntr 0 C t -15 C, l c o n d n s â t put rstr sous form liquid d ' a u surfondu : ls écarts ntr ls t m p é r a t u r s ds points d rosé t d glé conduisnt alors à ds rrurs d 1 C t d 2 C p o u r ds t m p é r a t u r s du point d glé d -8 C ou d -15 C. Un rfroidissmnt brutal du miroir st parfois prévu afin d fair cssr ct état d surfusion. Un m é t h o d voisin consist à prélvr t à rfroidir, n l détndant brutalmnt, l'air dont on vut m s u r r l ' h u m i d i t é : dès q u la variation d prssion st suffisant pour qu ctt détnt adiabatiqu d é t r m i n un abaissmnt d tmpératur p r o v o q u a n t la condnsation t l'apparition d très fins gouttltts ( c o m m dans ls n u a g s ), éclairés latéralmnt t détctés avc un m i c r o s c o p, la tmpératur attint st cll du point d rosé. Là ncor, ds obsrvations très soignuss sont indispnsabls, t ls causs d ' r r u r ou d ' i m p r é c i s i o n rstnt nombruss. Figur 2 - L miroir métalliqu d l'hygromètr à point d rosé Enfin, d ' a u t r s m é t h o d s similairs, utilisant toujours la condnsation d la vapur d ' a u ou l'évaporation d ' a u liquid, consistnt à m s u r r la t m p é r a t u r à laqull un solution a q u u s d ' u n sl h y g r o s c o p i q u st n équilibr avc l'air h u m i d : il suffit alors d chauffr lntmnt ctt solution a q u u s, d chlorur d lithium par x m p l, à ds tmpératurs supériurs à cll d l'air t d détctr ls prmirs signs d ' é v a p o r a t i o n t d dssication d la solution lors du chauffag, ou d mis n solution du sl lors d ' u n légr rfroidissmnt. C c h a n g m n t d'état st détcté à l'aid d m s u r s élctriqus auxiliairs a i s é m n t automatisabls (variation d résistanc ou d capacité), t la tmpératur c o r r s p o n d a n t d é t r m i n la prssion partill d vapur d ' a u, bin défini par un étalonnag instrumntal préalabl. La stabilité c h i m i q u ds propriétés du corps h y g r o s c o p i q u doit c p n d a n t êtr assuré, c qui xig crtains protctions t ds vérifications régulièrs, t clui-ci doit êtr s o i g n u s m n t choisi n fonction du d o m a i n d m s u r prévu. Insistons nfin sur la d u r é d vi du sl qui apparaît dirctmnt lié à la purté d l'air : un pollution important, par ds gaz c o m m l d i o x y d d soufr ou ls o x y d s d ' a z o t, c o m m par ds particuls d sl marin, put l'abrégr fortmnt; on put alors installr un n v l o p p protctric p r m é a b l à la v a p u r d ' a u ( m m b r a n cllulosiqu). Un tl p r o c é d é fut utilisé par la Météorologi national ; j u g é trop délicat au rgard ds impératifs du résau d m s u r s, il fut a b a n d o n n é il y a un dizain d ' a n n é s. MESURE DE LA TEMPERATURE DU THERMOMETRE MOUILLE (PSYCHROMETRIE) Ctt m é t h o d consist à m s u r r s i m u l t a n é m n t la tmpératur d l'air T ( t h r m o m è t r sc) t cll T ' d ' u n autr t h r m o m è t r dont l résrvoir st mouillé à l'aid d ' u n fin m è c h ou m o u s s l i n imbibé d ' a u ( t h r m o m è t r h u m i d ) : l'évaporation d l ' a u du résrvoir h u m i d p r o v o q u un rfroidissmnt qui st alors m s u r é par la différnc (T - T") ntr ls dux tmpératurs. D cs dux tmpératurs, t surtout d ctt différnc, on put déduir touts ls g r a n d u r s caractéristiqus d l'air h u m i d analysé, n s'aidant d tabls ou d formuls dits «p s y c h r o m é t r i q u s», tnant c o m p t à la fois d la vitss d vntilation ds t h r m o m è t r s t d la prssion a t m o s p h é r i q u. Simpl d ' m p l o i, ctt m é t h o d d m s u r xig c p n d a n t qu la m è c h h u m c t a n t l résrvoir du t h r m o m è t r mouillé soit régulièrmnt a l i m n t é n au,

5 2 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin 199 t qu sa t m p é r a t u r n d s c n d pas a u - d s s o u s d 0 C. Par aillurs, il convint d ' o b s r v r touts ls précautions utils pour q u ls dux tmpératurs soint m s u r é s avc un g r a n d précision, surtout dans l cas d forts humidités rlativs; il faut é g a l m n t assurr un vntilation suffisant t bin dirigé sur ls résrvoirs ds dux t h r m o m è t r s pour pouvoir détrminr au m i u x ls tabls t ls valurs ds paramètrs à utilisr dans ls calculs p s y c h r o m é t r i q u s. En fft l'xploitation corrct t précis ds indications d ' u n p s y c h r o m è t r xig impérativmnt l'utilisation d la tabl psychrométriqu établi par l concptur n fonction ds c a r a c t é r i s t i q u s d l ' a p p a r i l. En particulir, l cofficint p s y c h r o m é t r i q u d é p n d à la fois d la form t ds d i m n s i o n s du c a p t u r mouillé, ainsi qu d la vitss du courant d vntilation où il baign. L plus souvnt, ls corps t h r m o m é t r i q u s sont cylindriqus t la vntilation st transvrsal : p o u r un d i a m è t r d m m, la vitss d vntilation m i n i m a l pour obtnir un cofficint p s y c h r o m é t r i q u constant st d m.s ', c qui n'st obtnu qu rarmnt dans ls abris d m s u r s m é t é o r o l o g i q u s courants, sauf p a r vnt assz fort. La formul p s y c h r o m é t r i q u classiqu st d la form : Figur - Un psychromètr d'abri météorologiqu = svi (T) - A P (T - T ' ) avc : (T) : prssion d vapur d ' a u saturant à T (hpa) P : prssion a t m o s p h é r i q u total (hpa) A : cofficint variabl avc la vntilation, dpuis pour un vnt très faibl, j u s q u ' à 0, p o u r un vnt supériur à m. s '. u Pratiqumnt, à faibl altitud t pour un t h r m o m è t r mouillé suffisammnt vntilé, on put utilisr la formul simplifié : = u (T) - 0,64 (T - T ' ) La p s y c h r o m é t r i constitu un m é t h o d largmnt r é p a n d u, aussi bin p o u r ds étalonnags qu pour ds m s u r s courants d ' h u m i d i t é ; n c o r faut-il rspctr ls conditions nécssairs pour obtnir un b o n n précision dans la m s u r ds tmpératurs. La p s y c h r o m é t r i n ' s t m a l h u r u s m n t qu très difficilmnt utilisabl par tmps froid ou très sc, dès q u la tmpératur du t h r m o m è t r mouillé dvint infériur à 0 C. Figur 4 - Un hygromètr à chvux du commrc MESURE DE L'HUMIDITE RELATIVE (HYGROMETRIE) L'association d ' u n dispositif d réchauffag p r m t d ' a c c r o î t r l d o m a i n d m s u r n m a i n t n a n t la tmpératur du t h r m o m è t r mouillé supériur à 0 C. S'il st possibl, d plus, d contrôlr la p u i s s a n c d chauffag par un régulation élctroniqu n vu d ' a s s u r r un valur d T ' constant, l simpl rpérag d la tmpératur sèch d l'air réchauffé st suffisant p o u r d é t r m i n r la tnsion d vapur ainsi qu ls valurs d l ' h u m i d i t é rlativ t d la tmpératur du point d rosé. Ctt m é t h o d séduisant n ' a c p n d a n t ncor j a m a i s d o n n é liu à un réalisation pratiqu utilisabl pour ds m s u r s courants. Crtains matièrs o r g a n i q u s ont la propriété d s contractr ou d s'allongr lorsqu l ' h u m i d i t é rlativ d l'air (par rapport à l'au liquid) d i m i n u ou a u g m n t : ls c h v u x p o s s è d n t ctt propriété, n particulir ls c h v u x d f m m blond, mais aussi la b a u d r u c h ou la «pau d battur d ' o r», tiré d l'intstin du b œ u f ou du m o u t o n. Il suffit alors d procédr à un m s u r d l o n g u u r ou d d é p l a c m n t, après évntull amplification m é c a n i q u, p o u r obtnir la valur d l ' h u m i d i t é rlativ, sans tnir c o m p t d légèrs corrctions liés à la tmpératur. Ls instrumnts c o r r s p o n d a n t s, applés c o u r a m m n t h y g r o m è t r s, rstnt simpls t pu c o û t u x, rlativmnt précis sous résrv d vérifir l calag du cadran d lctur, surtout au voisinag d la saturation ( % ) ; mais on n put g u è r ls utilisr pour ds humidités rlativs infériurs à 2 0 %, t lur précision d é p n d b a u c o u p ds conditions d'utilisation t ds d o m a i n s d t m p é r a t u r couvrts. U n a v a n t a g important d cs h y g r o m è t r s st d d o n n r ds indications accptabls m ê m lorsqu'il gèl : c p n d a n t, ls valurs alors m s u r é s c o r r s p o n dnt à clls d l ' h u m i d i t é rlativ au-dssus d l'au (surfondu), t non au-dssus d la glac, t lls doivnt é v n t u l l m n t êtr corrigés si l'on vut étalonnr l ' h y g r o m è t r n l c o m p a r a n t avc d ' a u t r s typs d ' i n s t r u m n t s.

6 24 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin 199 N o t o n s nfin qu l t m p s d répons, ou l'inrti, ds h y g r o m è t r s organiqus a u g m n t très fortmnt lorsqu la t m p é r a t u r décroît, n rstant l plus souvnt snsiblmnt supériur à clui ds t h r m o m è t r s : lur utilisation doit donc s limitr à ds conditions stabls, caractérisés par d faibls ou lnts variations d t m p é r a t u r t d ' h u m i d i t é, surtout n cas d t m p s froid. Ctt inrti put êtr snsiblmnt réduit par laminag ds c h v u x. MESURES PAR ADSORPTION ET PAR ABSORPTION Crtains corps h y g r o s c o p i q u s sont dotés d propriétés élctriqus rapidmnt variabls avc la quantité d ' a u a b s o r b é dans lur m a s s ou adsorbé (*) n surfac n fonction d l ' h u m i d i t é rlativ d l'air t, m a r g i n a l m n t, d sa t m p é ratur. Divrs typs d ' h y g r o m è t r s ont été réalisés sur cs bass t sont c o u r a m m n t utilisés pour ds applications spécifiqus : la valur d l ' h u m i d i t é rlativ st alors dirctmnt déduit d m s u r s élctriqus d résistanc ou d capacité, n fonction d courbs d ' é t a l o n n a g plus ou m o i n s facilmnt rproductibls. L a principal difficulté d c gnr d m s u r résid dans la stabilité à m o y n ou long trm du corps h y g r o s c o p i q u utilisé, dont ls caractéristiqus sont é v n t u l l m n t faussés t m p o r a i r m n t s'il a été trop longtmps xposé à d forts h u m i d i t é s, t surtout s'il a été i m p r é g n é d ' a u liquid. Ls h y g r o m è t r s d c typ principalmnt basés sur ds p h é n o m è n s d ' a d s o r p t i o n apparaissnt rlativmnt pu fiabls : I ' i m p é d a n c d l ' é l é m n t snsibl d é p n d d la quantité d ' a u p i é g é, mais aussi d sa tnur n impurtés. Ls dépôts d salissurs n surfac modifint é g a l m n t ls propriétés élctriqus d ct élémnt snsibl, n pouvant ntraînr d forts dérivs d ' é t a l o n n a g ; t sa protction par ds vrnis s m i - p r m é a b l s ou ds n v l o p p s d matériaux fritts rst pu fficac. Figur 5 - Sond capacitiv VAISALA actullmnt utilisé dans l résau d Météo-Franc (référnc HMP-5-DE) Parai 1 lurs, d tls hygromètrs présntnt un fort dissymétri d réaction aux variations d ' h u m i d i t é rlativ : lorsqu cll-ci croît, l ' a u g m n t a t i o n d la conductivité d surfac p r m t un r é p o n s assz, rapid alors qu, lorsqu'll décroît, la s o u s - c o u c h rst plus longtmps i m p r é g n é d ' a u adsorbé t ls indications sont affctés d ' u n traînag notabl. Ls matériaux privilégiant l p h é n o m è n d ' a b s o r p t i o n, c o m m bon n o m b r d p o l y m è r s, ont l ' a v a n t a g d'êtr m o i n s snsibls aux ffts d pollution d su rlac. Si l'on procèd par m s u r d résistanc, il convint naturllmnt d'utilisr un courant altrnatif évitant tout polarisation néfast. La résistanc vari alors n fonction d l ' h u m i d i t é rlativ slon un loi d'allur xponntill, ls faibls humidités ntraînant d très forts valurs o h m i q u s souvnt m s u r é s avc un précision m é d i o c r. Dans ls cas d ' u n m s u r d lacapacité d ' u n condnsatur dont l diélctriqu st constitué par un m m b r a n absorbant, cll-ci croît avc l ' h u m i d i t é mais ll d é p n d fortmnt d la fréqunc utilisé pour la m s u r ; pour crtains matériaux, la courb d répons dvint prsqu linéair si la fréqunc d é p a s s qulqus cntains d k H z. Figur 6 - Elémnt snsibl d la sond capacitiv VAISALA D tls capturs capacitifs sont c o m m r c i a l m n t disponibls ( C O R E C I, V A I S A L A, SPSI, R O T R O N I C ) avc ds durés d vi utils dépassant six m o i s, n fournissant ds valurs d l ' h u m i d i t é rlativ avc un b o n n précision, à qulqus % près. Ils sont pu affctés par ds séjours, m ê m prolongés, n a t m o s p h è r saturé t lurs constants d t m p s rstnt faibls (d l ' o r d r d q u l q u s sconds p o u r ds t m p é r a t u r s supériurs à 0 C). Un b o n n rproductibilité d lurs caractéristiq u s facilitrait lur utilisation c o u r a n t ainsi qu ls opérations d r m p l a c m n t t d m a i n t n a n c, m a i s ds progrès rstnt ncor à accomplir dans la maîtris ds procssus d fabrication industrill. D s contrôls d ' é t a l o n n a g systématiqus t régulirs rstnt ainsi nécssairs t réduisnt l'intérêt d cs h y g r o m è t r s, surtout lié à lur faibl coût, à lur s i m p l i c i t é d ' u t i l i s a t i o n t à lurs p o s s i b i l i t é s d ' a u t o m a t i s a t i o n (télémsurs). (*) Adsorption : pénétration suprficill d l'au dans un solid Absorption : imprégnation, par l'au, du solid dans sa mass.

7 25 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin 199 MESURES PAR DIFFUSION GAZEUSE L ' m p l o i d m m b r a n s p o r u s s, t surtout d m m b r a n s s m i - p r m é a bls, p r m t un msur dirct d la prssion partill d vapur d ' a u. D a n s l cas d ' u n m m b r a n porus, on utilis un récipint c o n t n a n t d l'au pur à un tmpératur d é t r m i n é, n g n d r a n t un prssion d vapur saturant c o n n u, q u l'on mt n c o m m u n i c a t i o n avc l'air h u m i d xtériur par l'intrmédiair d ctt m m b r a n. Il s cré alors un prssion différnexmpl 4 till ntr l v o l u m intériur du récipint t l'air xtériur, du à la lnt diffusion d la vapur d ' a u intériur; sa m s u r indiqu la différnc ds Ls nuags convctifs sont formés d fins prssions d vapur d ' a u intrn t xtrn, t on n déduit la prssion gouttltts d'au liquid, n suspnsion dans partill d vapur d ' a u d l'air. L choix d la m m b r a n, d sa natur l'air humid saturé par r f r o i d i s s m n t c o m m d son épaissur t d sa porosité, rst délicat, t divrss adiabatiqu. Pour ds nuags moyns coucorrctions d tmpératur sont inévitabls. rants, aun tmpératur d 10 C par xmpl, l contnu n vapur d'au d 1 m d'air, pa v c un m m b r a n s m i - p r m é a b l, l princip mis n œ u v r st sant nviron 1 kg, st d 7,7 g, alors qu ls ncor plus simpl : cll-ci transport u n i q u m n t ls m o l é c u l s d gouttltts d'au corrspondnt à nviron 2 g vapur d ' a u d ' u n fac à l'autr d la m m b r a n, n égalisant ls d'au liquid n moynn, n rprésntant prssions d vapur d ' a u d c h a q u côté. Ainsi, un tll m m b r a n ainsi qu'un faibl proportion (25%) du contnu frmant un récipint clos t vid d ' a i r p r m t d ' o b t n i r dirctmnt, dans total n au d la mass nuagus. Ctt au c récipint, la prssion d v a p u r d ' a u d l'air h u m i d xtériur : il st sous form liquid corrspond à la condnsaalors possibl d la m s u r r avc m a n o m è t r snsibl. tion qui aurait résulté d'un rfroidissmnt d Cs dux m é t h o d s n ' o n t été qu pu d é v l o p p é s, car lls offrnt 5 C nviron d la mass nuagus d'air hul ' i n c o n v é n i n t d ' u n t m p s d répons assz élvé : cci n ' s t cpndant mid. p a s un i n c o n v é n i n t m a j u r n m é t é o r o l o g i p u i s q u l s variations naturlls d la prssion d vapur d ' a u a t m o s p h é r i q u rstnt b a u c o u p plus lnts t progrssivs qu ls variations d ' h u m i d i t é rlativ, dirctmnt liés aux rapids fluctuations d t m p é r a t u r. Ells nécssitnt par aillurs ds m s u r s d prssion assz fins, mais aisémnt a u t o m a t i s a b l s, t ont surtout l ' a v a n t a g d ' ê t r totalmnt d é c o u p l é s ds m s u r s simultanés d la tmpératur d l'air. AUTRES METHODES DE MESURE Bin d ' a u t r s m é t h o d s sont n v i s a g a b l s ou réalisés, dans l but d m s u r r l contnu n au d l ' a t m o s p h è r. Il faut n particulir citr ls h y g r o m è t r s à infraroug xploitant l'xtinction, par la vapur d ' a u, d b a n d s étroits du r a y o n n m n t infraroug proch, cntrés par x m p l vrs 1 10, 170, 1900 ou Exmpl nni. La rspiration d l'homm consist à introduir dans ls poumons d l'air, plus ou moins humid, n vu d'oxygénr l sang, puis à rjtr ct air, porté dans ls poumons à la tmpératur intrn du corps t pratiqumnt saturé n vapur d'au. La tmpératur d l'air rjté st d'nviron 7 C, t son contnu n au d l'ordr d 40 g / m d'air sc. La quantité d'au consommé pour l saturr corrspond donc à la différnc d contnu n au ntr l'air inspiré t l'air xpiré. Pour d l'air xtériur à 0 C t saturé (tnsion d vapur ~ 6 hpa, contnu n au ~ 4 g / m ), la différnc st d 6 g / m d'air sc inspiré : l volum d'air quotidin lié à la rspiration étant d l'ordr d 15 m pour un homm pu actif, ctt humidification impliqu un consommation d'au d'nviron 0,5 litr par jour, sans comptr ls prls complémntairs dus à la prspiration d la pau t à un évntull transpiration ainsi qu'à l'élimination urinair. Conclusion : plus il fait sc (t froid, l'hivr n particulir), plus il faut boir... Ctt quantité n'st snsiblmnt diminué, divisé par 2 par xmpl, qu dans ls ambiancs chauds t humids, comm ls climats équatoriaux, mais la transpiration compns alors ctt différnc... Cs hygromètrs c o m p r n n n t un s y s t è m d filtrs sélctionnant altrnativmnt un d cs bands d ' a b s o r p t i o n t un band voisin non affcté par la vapur d ' a u : la m s u r ds xtinctions c o m p a r é s, sur d s trajts c o m p r i s n t r q u l q u s d é c i m è t r s t plusiurs h c t o m è t r s, prmt d'établir lur rapport t d d é t r m i n r la valur d l ' h u m i dité absolu m o y n n sur l trajt. Divrs ffts parasits doivnt êtr pris n c o m p t t maîtrisés ou c o m p n s é s dès la concption : ffts d la tmpératur t problèms dus au scintillmnt sur d longs trajts n a t m o sphèr t u r b u l n t, n particulir. Par aillurs, il faut s'affranchir ds xtinctions a n n x s dus à l'absorption par l gaz c a r b o n i q u, par x m p l, ou à la diffusion t l'absorption par ls aérosols. Ctt famill d ' h y g r o m è t r s s révèl x t r ê m m n t snsibl, n étant doté d ' u n très grand rapidité d répons t n prmttant ds m s u r s intégrés sur ds parcours optiqus importants. M a i s il s'agit d ' a p p a r i l l a g s optiqus c o m p l x s, coûtux t d m i s n œ u v r délicat, nécssitant un survillanc continu xcluant lur mploi p o u r ds m s u r s d routin; ils rstnt surtout utilisés p o u r ds travaux d r c h r c h ou d laboratoir, t dans tous ls cas où lurs caractéristiqus spécifiqus apparaissnt indispnsabls.

8 26 La Météorologi 8 séri - n 2 - juin 199 CONCLUSION La msur du contnu n vapur d'au d l'atmosphèr, d son humidité, n put êtr réalisé corrctmnt qu'avc ds apparils soignusmnt étalonnés t régulièrmnt vérifiés, choisis n fonction du domain d msur nvisagé t d la grandur qu l'on vut détrminr. Exmpl 6 Prnons l cas d'un gaz humid G1, d tmpératur t1 t d rapport d mélang r1, injcté dans un autr gaz humid G2 (l'air ambiant, par xmpl) d tmpératur t2 t d rapport d mélang r2. Ls caractéristiqus thrmohygrométriqus du mélang gazux résultant G dépndnt d la proportion K= G1/G2 ds volums d G1 t G2 mélangés : si K = 0, G st idntiqu à G2, t si K =1, G n'st autr qu G1. La tmpératur d G st t = t2 + K (t1-12) t son rapport d mélang st r = r2 + K (r1 - r2). Pour divrss valurs d K, on put comparr r au rapport d mélang saturant r s à la tmpératur t : si r> r s, on aura saturation t formation d bué, d brouillard, d «fumé blanch», dès l'origin si ctt condition st rmpli pour K voisin d 1, t prsistant d'autant plus longtmps qu'll l sra pour d faibls valurs d K. On put aisémnt appliqur un méthod voisin pour l'évaluation ds traînés d condnsation ds avions n altitud, ou pour cll ds panachs d cntrals thrmiqus ou ds jts d «vapur» ds bouilloirs. Plus courammnt, l nuag d condnsation parfois dû à l'xpiration, n hivr (G1 st saturé à 7 C), put ainsi êtr prévu, d mêm qu crtains brouillards d mélang... La méthod graphiqu st égalmnt utilisabl, t rnd cs raisonnmnts aisémnt compréhnsibls à l'aid d'un graphiqu t/r où figurnt ls points rprésntatifs d G1 t G2, joints par un droit gradué n valurs d K, ainsi qu la courb ds rapports d mélang saturants. Essayz t comparz... L'hygromètr à chvux du commrc put donnr d bons résultats sous résrv d'êtr installé n un ndroit où la tmpératur n vari qu progrssivmnt, pour ds humidités rlativs compriss ntr 25 t 100%, t pour autant qu'il ait été convnablmnt gradué, surtout vrs ls forts humidités. La difficulté d'ffctur ds télémsurs rst son principal inconvénint; par contr d nombrux modèls xistnt, d prix abordabls t prmttant mêm d'ffctur ds nrgistrmnts. Lur mploi pour contrôlr la climatisation d logmnts ou d buraux paraît judiciux. Ls psychromètrs puvnt donnr un plus grand précision t ainsi êtr rtnus pour tout contrôl d'étalonnag, sous résrv d disposr d'un vntilation régulièr (modèl crécll, modèl d'assman). Lur mploi rst cpndant limité pratiqumnt aux tmpératurs du thrmomètr mouillé supériurs à 0 C; mais la télémsur ds dux tmpératurs put êtr réalisé sans difficultés xcssivs t avc un précision suffisant, comm n thrmométri, au moins pour ls plags courants d'humidité rlativ. L mod d vntilation t la contnanc du résrvoir d'alimntation n au (distillé, d préférnc) rstnt ds élémnts d choix importants pour tout nrgistrmnt continu, d mêm qu lurs facilités d'xploitation, d rmplacmnt d la mousslin... Ls prix varint notablmnt slon ls fabrications. Figur 7 - Hygromètr nrgistrur (ou hygrograph) à chvux Ls hygromètrs ls plus univrsls, dstinés particulièrmnt à la télémsur t pouvant êtr utilisés à tout tmpératur, rstnt ls hygromètrs élctroniqus à variation d'impédanc. Encor faut-il qu l'étalonnag initial soit consrvé : aucun réglag n doit ainsi êtr modifié quant aux circuits d msur, t ds contrôls régulirs rstnt nécssairs. Il s'agit là d'instrumnts rlativmnt coûtux, du moins dans lurs réalisations actulls, mais dont ls prformancs t la fidélité dvraint pu à pu s'améliorr t ls prix baissr. D'autrs méthods d msur, évntullmnt baucoup plus préciss t fins, rstnt du rssort d laboratoirs spécialisés. Figur 8 - L «Wttr-tlgraph» d Lambrcht, cité par G. Eiffl, 1905 Ndlr : Nous n pouvons résistr au plaisir d vous présntr un ds ancêtrs d cs hygromètrs, l très baroqu «Wttr-Tlgraph» d Lambrcht (figur X), cité par Ci. Eiffl, Ci. liiltcl. 1905, Etuds pratiqus d météorologi t obsrvations comparés ds stations d Bauliu, Sèvrs t Vacquy pour l'anné 190. L. Marthux, imprimur, Paris.

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