PERRET OPTICIENS INSTRUMENTS METEOROLOGIE Hygromètres polymètres psychromètre

Des trois éléments principaux de l’air, l’azote et l'oxygène ne se produisent qu’en état gazeux, tandis que l’eau se produit en tous les trois états d’agrégation. En état solide, on trouve l’eau surtout en forme des nuages de glace, de grêle, de grésil et de neige. Les états liquides sont les petites et minuscules gouttes d’eau, qui flottent dans l’atmosphère et forment des nuages, le brouillard et la brume. L’eau gazeuse et la vapeur d’eau se trouvent presque toujours et partout dans l’atmosphère. La vapeur d’eau est invisible, sans odeur et sans goût et ne peut pas être perçue directement par les organes des sens humains. On sait néanmoins que l’air trop sec et l’air trop humide peut être insupportable et provoquer du mal.

Les hygromètres mesurent l'humidité de l'air. L'humidité est caractérisée par l'humidité absolue, qui est la quantité d'eau dans un m3 d'air ou bien par l'humidité relative en référence à la température de l'air. Pour une quantité donnée d'eau dans l'air, si la température baisse, l'humidité relative augmente. Il existe des hygromètres à fibres synthétiques ou à cheveux, des hygromètres en matières bihygrométriques, comme le thermomètre. Ils servent à mesurer l'hygrométrie relative.

La meilleure méthode de déterminer l’humidité de l’air sont les psychromètres. Ces instruments se composent de deux thermomètres. Le premier thermomètre indique la température de l’air. Le vase d’expansion du deuxième thermomètre est entouré d’une enveloppe de mousseline humide.
Si l’air est saturé de vapeur d’eau, les deux thermomètres indiquent la même température. Si l’air n’est pas saturé, l’eau au thermomètre humide s’évapore. Cette évaporation nécessite de la chaleur, dite la chaleur d’évaporation. Cette chaleur est absorbée par l’ambiance de la mèche humide, en premier lieu du vase du thermomètre humide, de sorte que la température au thermomètre humide diminue. Cette différence entre le thermomètre sec et le thermomètre humide dépend du degré hygrométrique de l’air. Plus la différence est grande, plus l’humidité relative de l’air est basse.

Table psychrométrique

Cette table permet de connaître l'humidité relative (exprimée en %) à partir de la lecture des températures indiquées par le thermomètre sec et le thermomètre humide disposés côte à côte.

A la colonne de gauche correspond la température du thermomètre humide, T_w (w pour "wet", "humide". La ligne supérieure (sur fond jaune) indique la différence des températures données par les thermomètres humide et sec en °C. A l'intersection, on lit l'humidité relative de l'air ambiant exprimée en %.

Exemple : Le thermomètre sec indique 21°C et le thermomètre humide indique 16°C. l'écart de température est donc de 5°C. D'après le tableau ci-dessous, l'humidité relative vaut 57%

T_w (en °C)	0	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0
0	100	90	81	72	64	56	50	42	36	30	25	20	16
1	100	91	82	74	66	58	52	45	39	34	28	23	18
2	100	91	83	75	67	60	54	48	42	36	31	26	22
3	100	92	84	76	69	62	56	50	44	39	34	29	25
4	100	92	84	77	70	64	57	52	47	41	36	32	28
5	100	93	85	78	71	65	59	54	48	43	39	34	30
6	100	93	85	79	72	66	61	55	50	45	41	36	33
7	100	93	86	79	73	67	62	57	52	47	43	39	35
8	100	93	87	80	74	69	63	58	54	49	45	41	37
9	100	94	87	81	75	70	65	60	55	51	47	43	39
10	100	94	87	82	76	71	66	61	57	53	49	45	41
11	100	95	89	83	77	72	67	62	58	54	50	47	43
12	100	94	89	83	78	73	68	63	59	56	52	48	44
13	100	95	90	84	78	74	69	65	61	57	53	50	46
14	100	95	89	84	79	74	70	66	62	58	54	51	47
15	100	94	89	84	80	75	71	67	63	59	55	52	49
16	100	95	90	85	80	76	72	68	64	60	57	54	50
17	100	95	90	85	81	77	72	69	65	62	58	55	52
18	100	95	90	86	81	77	74	70	66	63	59	56	53
19	100	95	91	86	82	78	74	70	66	63	60	57	54
20	100	96	91	87	82	78	74	71	67	64	61	58	55
21	100	96	91	87	83	79	75	72	68	65	62	59	56
22	100	95	91	87	83	80	76	72	69	66	63	60	57
23	100	96	91	87	84	80	76	73	69	67	63	61	58

Dans la météorologie on utilise également des psychromètres pour les mesurages extrêmement précis de l’humidité de l’air. A ce propos, un ventilateur supplémentaire produit un souffle permanent de 2,4 m/sec pour les mesurages de la différence psychrométrique. Par suite du courant d’air, la différence de température augmente un peu. En outre, la pression atmosphérique et son instabilité sont prises en considération pour le calcul de l’humidité de l’air.

On peut renoncer à cette précision lors de la détection de l’humidité de l’air pour le besoin quotidien. Les instruments à cheveux sont plus précis, tandis que le psychromètre est le plus précis de tous, idéal pour les mesures scientifiques.

La vapeur d’eau qui se trouve effectivement en l’air s’appelle humidité absolue de l’air. Elle est mesurée en gramme par mètre cube.

Pour l’humidité absolue de l’air, il n’est pas possible d’atteindre une grandeur quelconque à une température déterminée de l’air. Si l’air est de plus en plus alimentée en vapeur d’eau, l’humidité absolue de l’air augmente jusqu’à un point où l’air ne peut plus absorber de vapeur d’eau. Par conséquent, il y a un maximum de saturation pour chaque degré de température comme montre la figure 3 suivante:

lLe maximum de saturation augmente avec une température croissante. L’air chaud peut absorber beaucoup plus de vapeur d’eau que l’air froid. Ainsi on reçoit le courbe suivant dans la figure 4:

Si, par exemple, un mètre cube d’air est alimenté en 30 g de vapeur d’eau, au maximum 23.1g en sont absorbés à 25°C (fig. 3). Les 6.9 g de vapeur d'eau qui restent deviennent eau par condensation:

L’humidité de l’air effective se trouve le plus souvent au-dessous du maximum de saturation. La part de l’humidité de l’air existante mise en proportion du maximum de saturation donne l’humidité relative de l’air. Elle est exprimée en pour-cent:

L’humidité relative de l’air optimale se règle sur la situation donnée: pour le domaine d’habitation humain on éprouve 50 – 70% d’humidité comme agréable. Dans la sauna, ce sont 5 – 20%; dans l’entrepôt frigorifique, 90% sont recommandés.

Si on refroidit l’air à l’humidité absolue de l’air constante l8 moment arrive où l’air ne peut plus tenir la vapeur d’eau existante:

Si on refroidit l’air à l’humidité absolue de l’air constante le moment arrive où l’air ne peut plus tenir la vapeur d’eau existante:

Pour l’avertissement de gelée, c'est la ligne du point de rosée à O°C qui est décisive.

Le point de rosée à 0°C existe, comme on sait, avec 4,8 g/m3de vapeur d’eau 100 pour-cent de l’humidité relative.

A +5°C la saturation maximale est donnée à 6.3 g/m3. Le point de rosée est à calculer en raison de 40 g/m3 à 6.3 g/m3= 7I % en rapport au point de congélation.

La ligne du point de rosée peut être présentée dans un graphique comme dans la figure 8:

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