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Définition de humidité

Que signifie humidité ?

Définition humidité:

L'humidité reflète la présence d'un liquide, en particulier de l'eau, souvent à l'état de traces. Elle indique le degré de présence d'eau dans ou sur un matériau (par exemple des textiles) ou une substance ou dans un gaz (vapeur d'eau) ou dans une pièce (par exemple dans le sous-sol d'un bâtiment).

En physique et en science des matériaux, on parle généralement de la teneur en eau, soit l'hygrométrie. Les humidités peuvent toutefois également être comprises comme signifiant la teneur en d'autres liquides, par exemple le benzène.

L'élimination de l'eau d'une surface ou d'une substance est généralement appelée séchage ou déshydratation. L'humidité aqueuse adhère aux parois par capillarité.

La condensation est de l'humidité:
Humidité par condensation
L'humidité, ici sous forme de gouttelettes, peut intervenir en raison de la différence de températures entre deux milieux.


3 types d'humidités:

Il est indispensable de distinguer trois types d'humidité pour l'eau:l'humidité absolue: qui est la masse de vapeur d'eau est-elle contenue dans un certain volume d'air; l'unité habituelle est le g/m3.l'humidité maximale: est l'humidité absolue maximale possible à une certaine température. Elle est atteinte lorsque la pression partielle de la vapeur d'eau dans l'air est aussi élevée que la pression de vapeur saturante de l'eau à la température correspondante. Dans cette condition, l'humidité relative est de 100%; l'unité habituelle est le g/m3.l'humidité relative: est le rapport entre la masse réelle contenue et la masse maximale possible de vapeur d'eau dans l'air; ou en d'autres termes, le rapport entre l'humidité absolue et l'humidité maximale. En tant que quotient de deux quantités avec la même unité, il s'agit d'une quantité sans dimension (exprimée en %).

Évaporation et condensation:

À une surface d'eau libre, qui sépare l'eau liquide du volume d'air au-dessus, il se produit toujours des molécules d'eau individuelles à partir du volume d'eau dans le volume d'air. Dans l'eau liquide, les molécules d'eau sont liées relativement fortement par des forces moléculaires, en particulier par les liaisons Hydrogène, ce qui permet au composite liquide cohérent de se former. Cependant, en raison de leur mouvement thermique, les molécules d'eau transportent chacune une certaine quantité d'énergie cinétique qui se disperse autour d'une moyenne dépendant de la température (distribution de Maxwell-Boltzmann). Une faible proportion de molécules d'eau a donc toujours assez d'énergie thermique pour surmonter les forces de liaison des molécules environnantes, pour quitter la surface de l'eau et pour passer dans le volume d'air, c'est-à-dire pour s'évaporer. La vitesse d'évaporation, qui est la quantité d'eau qui s'évapore par unité de temps, dépend de la proportion de molécules dont l'énergie cinétique dépasse l'énergie de liaison du composite liquide, et est déterminée entre autres par la température dominante.

Inversement, les molécules d'eau évaporées de l'air atteignent de nouveau la surface de l'eau, où elles peuvent, selon leur énergie cinétique, être captées par le composite moléculaire, c'est-à-dire qu'elles se condensent. Le taux de condensation dépend uniquement de la pression partielle de la vapeur d'eau dans l'air, mais pas de la proportion de la pression d'air fournie par les autres composants de l'air.

Quatre dimensions influencent la quantité de ce transfert de masse:la taille de la surface (la turbulence augmente cette valeur par rapport à l'eau dormante),la température de l'eau,la température de l'air,le degré de saturation de l'air.

Saturation:

En considérant un processus d'évaporation à température constante et d'air initialement sec, on règle ainsi la température correspondant au taux d'évaporation, tandis que le taux de condensation par manque de molécules d'eau dans l'air est initialement égal à zéro. Le taux d'évaporation est donc supérieur au taux de condensation et le nombre de molécules d'eau dans l'air augmente donc. Cela augmente également le taux de condensation et l'évaporation nette (vitesse d'évaporation moins taux de condensation) commence à diminuer. La densité des molécules d'eau dans l'air et donc le taux de condensation augmentent jusqu'à ce que le taux de condensation et le taux d'évaporation soient identiques, c'est-à-dire autant de molécules d'eau par unité de temps dans l'eau. Alors l'état d'équilibre est atteint, dans lequel la vaporisation nette est nulle, bien qu'un échange constant de particules entre l'air et l'eau ait lieu.

La concentration d'équilibre des molécules d'eau dans l'air est la concentration de saturation. Si la température augmente, une concentration de saturation plus élevée sera également établie, car le taux d'évaporation maintenant également augmenté doit être compensé pour atteindre un nouvel équilibre par un taux de condensation plus élevé, ce qui nécessite une plus grande densité de particules dans l'air. Le niveau de la concentration de saturation dépend donc de la température.

La concentration de saturation est déterminée presque uniquement par les propriétés des molécules d'eau et leur interaction avec la surface de l'eau, il n'y a pas d'interaction significative avec les autres gaz atmosphériques. Si ces gaz n'étaient pas présents, pratiquement la même concentration de saturation serait établie au-dessus de l'eau. Le langage familier commun et à cause de la simplicité dans les cercles professionnels répandus que l'air peut prendre un maximum d'une certaine quantité de vapeur d'eau à une température donnée est trompeur. L'air n'absorbe pas l'humidité analogue à une éponge, et le concept de saturation ne doit pas être compris comme analogue à la saturation d'une solution. L'air est constitué de particules de gaz auto-agissantes, qui interagissent essentiellement uniquement par impact. Ni l'oxygène dans l'azote, ni la vapeur d'eau n'est dissous dans les autres composants de l'air. (Imaginez un récipient fermé à moitié rempli d'eau, dans lequel il y a un vide au-dessus de la surface de l'eau.) Si le fluide est alimenté en énergie cinétique sous forme de chaleur, des particules suffisamment énergétiques peuvent se dissoudre. La concentration de saturation dépend donc de l'énergie cinétique des particules d'eau.

Pour la même raison, la concentration de saturation n'est pas déterminée par la température de l'air, mais par la température de la surface d'évaporation. La référence à la température de l'air est souvent justifiée dans la pratique quotidienne, étant donné que les surfaces d'évaporation à faible inertie thermique sont généralement proches de la température de l'air (par exemple, le linge séchant à l'air). Cependant, si la surface d'évaporation est significativement plus chaude que l'air, les molécules d'eau s'évaporent dans l'air plus frais à une vitesse correspondant à la température de surface (foyer chaud), même si leur concentration de saturation est dépassée. Une partie de l'humidité se condense alors dans l'air au niveau des aérosols plus froids, qui ont pris la température de l'air, et deviennent visibles sous forme de vapeur ou de brouillard (par exemple, brume sur un lac automnal). Si la surface est plus froide que l'air, la teneur en humidité de l'air partiellement saturé peut également entraîner une sursaturation et une condensation sur la surface (par exemple des fenêtres embuées dans la cuisine ou la salle de bain). Plus précisément, la vapeur d'eau se condense en eau (pour la rosée si la température de surface est inférieure au point de rosée, ou pour le gel si elle est inférieure au point de gel).


Sursaturation:

En augmentant leur concentration par un apport de molécules d'eau sur la concentration de saturation (sursaturation), le taux de condensation augmente temporairement au-delà du taux d'évaporation et la concentration en molécules d'eau diminue à nouveau jusqu'à la valeur d'équilibre.

Encore une fois, il faut noter qu'il ne s'agit pas d'une incapacité de l'air à retenir l'excès de vapeur d'eau. Au contraire, la vapeur d'eau dans ces conditions utilise une surface de condensation qui se présente pour abaisser sa concentration à la concentration de saturation par condensation hétérogène. En l'absence de telles surfaces de condensation ou de noyaux de condensation, l'air peut absorber en permanence des quantités importantes de vapeur d'eau jusqu'à ce qu'il finisse par se former spontanément en gouttelettes d'eau (condensation homogène); voir aussi la section Courbure de surface de l'eau. C'est le cas, par exemple, de grands volumes d'air aussi pur que possible, c'est-à-dire à faible concentration d'aérosol, et à grande distance de toute surface d'enfermement (voir chambre des nuages). La condensation spontanée de la vapeur d'eau en gouttelettes d'eau se produit sans noyaux de condensation seulement à une sursaturation extrême de plusieurs centaines de pourcent d'humidité relative. En pratique, cependant, il y a presque toujours une quantité suffisante d'aérosols dans l'air, de sorte qu'il n'y a pratiquement pas de sursaturations dans l'atmosphère de plusieurs points de pourcentage.


Saturation partielle:

Le taux d'évaporation de l'eau ne peut pas dépasser certaines valeurs maximales. Il faut donc beaucoup de temps pour que la balance revienne à la normale après un dysfonctionnement. Si, par exemple, une partie de la teneur en humidité s'est condensée pendant le refroidissement nocturne, alors l'air est initialement insaturé après avoir été chauffé et peut seulement atteindre lentement son état de saturation. Cette saturation partielle est la norme pour notre atmosphère en raison des fluctuations de température fréquentes. Il est très important pour de nombreux processus, à quelle distance l'air est de l'état de saturation. Diverses mesures d'humidité servent à décrire quantitativement cette condition.


Influence de la température:

Lorsque la température augmente, la proportion de molécules d'eau qui ont suffisamment d'énergie cinétique pour quitter la surface de l'eau augmente. Il fixe ainsi un taux d'évaporation plus élevé, qui doit être compensé pour rétablir l'équilibre par un taux de condensation plus élevé, mais cela nécessite une concentration plus élevée de molécules d'eau dans l'air.

La concentration de saturation de la vapeur d'eau augmente donc exponentiellement avec l'augmentation de la température. La vapeur d'eau a une concentration de saturation définie pour chaque température (et presque indépendante de la pression ambiante). À une pression atmosphérique de 1013,25 hPa, un mètre cube d'air à 10 °C peut absorber un maximum de 9,41 g d'eau. La même quantité d'air à 30 °C déjà 30,38 g d'eau et à 60 °C il y a déjà plus de 100 g d'eau. Cette concentration de saturation est appelée humidité maximale, qui est tabulée dans l'article Saturation. Les diagrammes de Mollier selon Richard Mollier (1923) sont aussi largement utilisés pour montrer l'humidité. Une autre façon de visualiser la relation entre l'humidité, la température et l'altitude est le diagramme.

Comme mentionné ci-dessus, la concentration de saturation de la vapeur d'eau à une température donnée est pratiquement indépendante de la présence des gaz atmosphériques restants et donc presque également indépendante de la pression ambiante. Cependant, une légère dépendance à la pression ambiante se produit pour trois raisons:La vapeur d'eau et les autres gaz ne sont pas des gaz parfaits. Il existe des interactions faibles (forces de van der Waals) entre leurs molécules, qui augmentent avec l'augmentation de la pression.La distance mutuelle des molécules dans l'eau liquide et donc leurs forces de liaison sont légèrement modifiées par la pression atmosphérique de pressurisation (" effet Poynting "). Cela affecte à son tour le taux d'évaporation.Même les gaz atmosphériques dissous dans l'eau influencent les forces de liaison et donc le taux d'évaporation. La quantité de gaz dissous dépend de leur pression partielle (loi de Raoult) et donc de la pression totale.
Si nécessaire, cette faible dépendance à la pression peut être prise en compte au moyen d'un facteur de correction. Il dépend de la température et de la pression et est de l'ordre de 0,5% dans les conditions atmosphériques.


Les états physiques de l'eau:

En regardant une surface de glace au lieu d'une surface d'eau liquide, les mêmes considérations s'appliquent à la sublimation et à la resublimation des molécules d'eau. La glace refroidit fortement la couche directement au-dessus de l'air, ce qui réduit la concentration de saturation des molécules d'eau. Les particules d'eau souillées et l'humidité ambiante conduisent donc à la formation de condensation ou de brouillard à proximité des surfaces glacées.

Cependant, dans la structure cristalline, les molécules d'eau sont soumises à des forces de liaison plus fortes que dans l'eau liquide, de sorte que la concentration de saturation sur la surface de la glace est inférieure à celle de l'eau liquide. Cette circonstance joue un rôle important dans la formation des gouttes de pluie dans les nuages ​​(processus de Bergeron-Findeisen).

Voir les synonymes de humidité.
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