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Avertissement au visiteur! Les informations contenues dans ces pages se veulent aussi exactes que possible et vous sont proposées en toute bonne foi. Cependant leur caractère très général fait qu'elles peuvent être inappropriée dans une situation particulière. Aussi toute application, choix ou décision qui en découlerait doit impérativement être validé par un expert compétent.

Humidité de l'air

Hygrométrie et Psychrométrie

La psychrométrie est l'expression des propriétés d'un mélange d'une vapeur dans un gaz de nature différente, tandis que l'hygrométrie est l'expression des propriétés de la vapeur d'eau dans un gaz.

pour parler de l'humidité de l'air, il est donc approprié de parler de:

  • psychrométrie de l'air humide
  • ou d'hygrométrie de l'air

En pratique les deux termes sont employés pour désigner ce qui se rapporte au comportement de la vapeur d'eau dans l'air.

Ces propriétés sont importantes pour:

  • le comportement au stockage des denrées et substances sensibles à l'humidité
  • la maîtrise des opérations de séchage, de refroidissement
On peut quantifier la teneur en eau de l'air par:
  • l'humidité absolue ou spécifique
  • l'humidité relative
  • la température de l'air mesurée au bulbe humide
  • la température (ou point) de rosée de l'air humide
La relation entre ces différents modes d'expression de l'humidité de l'air se lit sur un diagramme psychrométrique de l'air humide. Ceux-ci sont largement diffusés, et faciles à trouver:
Pour trouver un diagramme Psychrométrique sur le web

Les diagrammes psychrométriques ou les tables correspondantes sont construites à l'aide de modèles mathématiques. Différents modèles sont utilisés qui diffèrent dans leur complexité, leur précision et leur domaine d'utilisation. Les résultats peuvent légèrement différer d'un modèle à un autre, sans qu'il soit possible d'affirmer qu'un est plus valide qu'un autre. Si une garantie de performance est en jeux, il est nécessaire de préciser avec quel modèle de calcul elle sera évaluée.

Les valeurs fournies par l'ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) font souvent référence.

Tension de vapeur de l'eau

La présence de vapeur d'eau dans l'air est due à sa tension de vapeur qui est fonction de la température. Le domaine des températures pour lesquelles on a besoin de calculer les caractéristiques de l'air humide étant toujours assez proches de l'ambiante, il n'est pas nécessaire de faire appel aux équations complexes de l'IAPWS. On utilisera des relations plus simples valides dans un domaine restraint de températures.

Relations de l'ASHRAE

pour -100°C<T<0°C:

Pws = exp(C1 / TK + C2 + C3 × TK + C4 × TK ^ 2 + C5 × TK ^ 3 + C6 × TK ^ 4 + C7 × Ln(TK))

pour 200°C>T>0°C

Pws = exp(C8 / TK + C9 + C10 × TK + C11 × TK ^ 2 + C12 × TK ^ 3 + C13 × Ln(TK))

avec:
    Pws: Pression de vapeur saturante de l'eau [Pa]
    TK: Température en °K
    C1 = -5674.5359
    C2 = 6.3925247
    C3 = -0.009677843
    C4 = 0.00000062215701
    C5 = 2.0747825E-09
    C6 = -9.484024E-13
    C7 = 4.1635019
    C8 = -5800.2206
    C9 = 1.3914993
    C10 = -0.048640239
    C11 = 0.000041764768
    C12 = -0.000000014452093
    C13 = 6.5459673

Relations simplifiées de US National Weather Service

https://www.weather.gov/media/epz/wxcalc/rhTdFromWetBulb.pdf

Pws = 611,2 × exp(17,67T ⁄ (243,5 + T))


Ou bien l'équation de Arden Buck
Buck, A. L., New equations for computing vapor pressure and enhancement factor, J. Appl. Meteorol., 20, 1527-1532, 1981

Pws = 611,21 × exp(((18,678 - T ⁄ 234,5)T) ⁄ (257,14 + T))

Humidité de l'air à saturation

Temp
°C
Pression saturante Humidité
mmHg mbars g/m3 ppm vol ppm poids kg eau / kg air sec
-60 0,008 0,011 0,011 10,7 6,7 6,684E-06
-50 0,030 0,040 0,039 39 24 2,432E-05
-40 0,10 0,13 0,120 127 79 7,927E-05
-30 0,29 0,38 0,341 377 234 2,345E-04
-20 0,78 1,04 0,889 1024 637 6,373E-04
-10 1,96 2,61 2,151 2576 1604 1,606E-03
-5 3,03 4,03 3,262 3982 2480 2,486E-03
0 4,60 6,14 4,871 6057 3776 3,790E-03
10 9,2 12,3 9,441 12171 7604 7,663E-03
15 12,8 17,1 12,885 16903 10581 0,0107
20 17,6 23,5 17,370 23183 14546 0,0148
25 23,9 31,8 23,144 31417 19775 0,0202
30 32,0 42,7 30,501 42097 26606 0,0273
40 55,7 74,2 51,368 73231 46842 0,0491
50 93,1 124,2 83,322 122548 79921 0,0869
60 150,5 200,6 130,657 197997 133107 0,154

Température du bulbe sec et humide

La température sèche est la valeur indiquée par un thermomètre dont le bulbe, maintenu sec est placé dans un courant de l'air à mesurer. C'est la température vrai du gaz.

faire un zoom sur l'équation Pour afficher une version de meilleure qualité et plus accessible aux assistants de lecture
S


Elle peut également être calculée par un bilan matière et thermique de l'échange entre l'eau du bulbe humide et l'air.
Pour que la mesure expérimentale concorde avec le calcul thermodynamique, il est important que:

  • le bulbe humide soit protégé d'un échauffement par radiation
  • la température de l'eau du bulbe soit égale à la température mesurée au bulbe humide
  • la vitesse de l'air soit >2m/s

Temp
sèche
°C
Température du bulbe humide pour
humidité relative de l'air %
40 50 60 70 80 90
-20 -20,9 -20,8 -20,6 -20,5 -20,3 -20,2
-10 -12,0 -11,6 -11,3 -11,0 -10,7 -10,3
-5 -7,7 -7,3 -6,8 -6,3 -5,9 -5,4
0 -3,6 -3,0 -2,4 -1,8 -1,2 -0,6
10 4,6 5,5 6,5 7,4 8,3 9,2
15 8,5 9,7 10,8 11,9 13,0 14,0
20 12,3 13,8 15,1 16,4 17,7 18,9
25 16,2 17,9 19,5 21,0 22,4 23,7
30 20,1 22,0 23,8 25,5 27,1 28,6
40 27,8 30,3 32,6 34,6 36,6 38,3
50 35,7 38,7 41,4 43,8 46,1 48,1
60 43,8 47,3 50,3 53,1 55,6 57,9


Humidité spécifique

Souvent nommée humidité absolue, c'est la masse de vapeur d'eau contenue dans l'unité de volume d'air ou de gaz.
Elle peut être exprimée en:
- gramme ou kilogramme d'eau / m3 d'air humide
- gramme ou kilogramme d'eau / kg d'air humide
- gramme ou kilogramme d'eau / kg d'air sec
- ppm volume de vapeur d'eau
- pression partielle de vapeur d'eau

La méthode pour calculer l'humidité absolue dépend de l'information dont on dispose.
Connaissant la température au bulbe sec et l'humidité relative::

W[kg eau / kg air sec] = 0,622 ⁄ (P ⁄ HR ⁄ Pws - 1)

Connaissant la température au bulbe sec et celle au bulbe humide:

W[kg eau / kg air sec] = 0,622 × (Pw ⁄ (P - Pw))

avec:

- HR: humidité relative
- Pws: pression saturante de l'eau à la température de l'air
- P: pression totale
- T: température de l'air en °C

Exemple:

Quantité d'eau contenue dans l'air à 20°C, 60% d'humidité relative, à pression atmosphérique (1,01 bar absolu):
- HR = 0,6
- T = 20
- P = 1,01
eau contenue = 0,00876 kg / kg air sec

Humidité relative

C'est le rapport de:
pression partielle de vapeur / pression de vapeur saturante de l'eau
Elle est généralement exprimée en %. On peut aussi avoir besoin de la calculer à partir de l'humidité spécifique:

HR = PwPws  = Hspe × P(Pws (0,622 + Hspe) )

Exemples:
A 20°C, la pression de vapeur saturante de l'eau est de 23,4mbars
Si la pression partielle de l'eau est 15mbars, l'humidité relative est:
15/23,4*100 = 64%
Si le gaz est chauffé à 40°C (73,8mbars de pression saturante de l'eau), l'humidité relative devient:
15/73,8 = 20%


Température de rosée

La température de rosée (ou point de rosée) est la température pour laquelle l'eau contenue  dans le gaz, commence à condenser.
Elle peut être mesurée au moyen d'un hygromètre à miroir refroidi:
Un miroir refroidi est placé dans le flux de gaz à mesurer. A la température de rosée du gaz, une buée se forme sur le miroir qui est détectée par un système optique.
Cette méthode est extrêmement précise et est utilisée pour étalonner d'autres capteurs plus commodes à utiliser.

Le tableau ci-dessous donne la température de rosée pour de l'air à différentes températures et humidités relatives:

Temp
sèche
°C
Température de rosée pour
humidité relative de l'air %
40 50 60 70 80 90
-20 -29,2 -27,0 -25,2 -23,7 -22,3 -21,1
-10 -19,9 -17,6 -15,6 -14,0 -12,5 -11,2
-5 -15,3 -12,9 -10,8 -9,1 -7,6 -6,2
0 -10,7 -8,2 -6,1 -4,3 -2,7 -1,3
10 -2,6 0,1 2,6 4,8 6,7 8,4
15 1,5 4,7 7,3 9,6 11,6 13,4
20 6,0 9,3 12,0 14,4 16,4 18,3
25 10,5 13,9 16,7 19,2 21,3 23,2
30 14,9 18,5 21,4 23,9 26,2 28,2
40 23,8 27,6 30,7 33,5 35,9 38,0
50 32,7 36,7 40,1 43,0 45,6 47,9
60 41,5 45,8 49,4 52,5 55,3 57,7

Pour un usage pratique, ce tableau n'est pas assez précis; il conviendra d'utiliser au choix:

  • un logiciel de calcul
  • une table détaillée
  • un diagramme psychrométrique
Pour trouver un diagramme Psychrométrique sur le web

Masse volumique de l'air humide

L'eau contenue dans l'air tend à abaisser sa masse volumique. La relation suivante peut être utilisée pour calculer la masse volumique de l'air humide:

ρ = 0,003483 [ (1 + Hspe) ⁄ (1 + 1,6078 × Hspe) ] × [ P ⁄ (T + 273,15) ]

ρ: masse volumique [kg / m3]

Calculs dans un tableur

Vous pouvez réaliser vos propres calculs impliquant l'air humide dans un tableur en utilisant:
  • la feuille de calcul "Air Humide" du classeur ProcesssCalc
  • une bibliothèque de programmes proposée  par www.CoolProp.org
  • la bibliothèque PsychroLib disponible pour différents languages
Nous vous proposons ici parmi nos outils de calcul, un classeur LibreOfficeCalc répertoriant toutes les propriétés de l'air humide accessibles par la bibliothèque CoolProp, ainsi qu'un exemple d'application.

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