Humidification de l'air

La régulation de l’humidification permet de protéger tout ce qui est sensible à l’humidité : matériaux, personnel, machines délicates
ou tout autre équipement.
Par exemple dans les industries manipulant du bois, du papier ou du carton, une atmosphère trop sèche pourra provoquer des cassures et craquelures, des défauts de collage, un manque de planéïté des feuilles.
Dans des conditions atmosphériques sèches, de l’électricité statique peut s’accumuler et nuire au fonctionnement d’équipements de production ou de machines électroniques dans les bureaux. Aux endroits où on manipule des matériaux sensibles à l'électricité statique (papier, disques d’ordinateur, films plastiques, etc.), l’air sec aggrave le problème.
Dans des atmosphères potentiellement explosives, l’air sec et l’accumulation d’électricité statique qui en résulte peuvent devenir extrêmement dangereux.

Principes de l'humidification

Humidifier l'air consiste à lui ajouter de l'eau en quantité suffisante pour atteindre le taux d'humidité relative visé. Deux principes coexistent:

Humidification adiabatique

l'eau est injectée sous forme liquide et se vaporise dans un courant d'air à humidifier. La vaporisation de l'eau absorbe de la chaleur qui dans ce cas est prélevée du courant d'air à humidifier. La vaporisation de l'eau abaissera donc sa température. Ce phénomène peut être bénéfique en cas de forte chaleur ambiante, cependant c'est en hiver que les problèmes d'atmosphère sèche sont les plus importants.

Humidification isotherme

l'eau est préalablement vaporisée dans un équipement externe, et la vapeur est injectée dans le courant d'air à traiter. Contrairement à l'humidification adiabatique, la température de l'air traité est peu modifiée.

Dangers d'un air trop humide

En augmentant la teneur en eau de l'air on accroît son point de rosée, c'est à dire la température à partir de laquelle de l'eau liquide peut apparaitre par condensation. Si cette température est supérieure à la température la plus froide présente (typiquement la température extérieure en hiver, ou la température d'un fluide froid circulant dans l'atelier) des condensations peuvent se former sur des points froids (fenêtres, charpentes, tuyauteries, ponts thermiques, défauts d'isolation...). Ces condensations pourront alors être source de corrosion, de développements biologiques, ou toute dégradation causée par la présence d'eau liquide.

Techniques d'humidification

Injection directe de vapeur

Si de la vapeur est disponible, c'est la méthode la plus simple. La vapeur est détendue et dispersée dans l'air sous le contrôle d'une vanne de régulation.
La vapeur est naturellement stérile en raison de sa température élevée.

A vapeur secondaire

La vapeur injectée dans l'air est produite par chauffage dans un générateur.
La qualité de la vapeur injectée dépend de la qualité de l'eau utilisée pour la générer. Si des matières minérales sont présentes dans l'eau, on observera un entartrage du générateur.
La régulation de l'humidité de l'air est délicate en raison du temps de réaction élevé du générateur.Le chauffage peut être assuré par de la vapeur, une résistance électrique, un brûleur à gaz ou un passage de courant dans l'eau à vaporiser; dans ce dernier cas, l'eau doit être suffisament minéralisée pour conduire le courant électrique.
La vapeur secondaire est générée à une pression très basse, proche de la pression atmosphérique. Le générateur devra alors être positionné à proxmité du point d'injection dans l'air.
Si l'eau alimentant le générateur contient des sels dissous, ceux-ci s'accumuleront dans le générateur. Une purge de déconcentration devra être prévue. Ces sels concentrés peuvent précipiter. Un moyen de les maintenir en suspension devra également être prévu (bullage d'air comprimé par exemple).

Par pulvérisation

L'eau liquide est pulvérisée à l'aide d'air comprimé en un fin brouillard dans le courant d'air à humidifier. C'est système d'humidification adiabatique.

Dispersion de la vapeur

Lors de l'humidification de l'air par injection de vapeur, au contact de l'air froid, la vapeur chaude échange sa chaleur et se refroidi jusqu'à partiellement se condenser en fine gouttelettes. Un panache opaque se forme, puis mélangé à une plus grande quantité d'air sec, disparait. Il est important de minimiser la formation de ce panache par une distribution judicieuse de la vapeur. Le capteur d'humidité qui permet la régulation du système doit être placé suffisament loin du point d'injection pour ne pas être influencé par ce panache.

Débit d'eau d'humidification

Pour déterminer la quantité d'eau à injecter pour atteindre le taux d'humidité relative visé, il est nécessaire de connaitre la teneur en eau de l'air à traiter. Les diagrammes psychrométriques sont d'une grande aide pour ce type de détermination.
La situation la plus fréquente est celle d'un air froid en hiver alimentant un bâtiment chauffé. L'air extérieur possède une humidité relative de 60% en moyenne, quelle que soit sa température. Son humidité absolue est donc d'autant plus faible que la température est basse. Après chauffage aux environs de 20°C, l'humidité relative de l'air décroît, d'autant plus fortement que la différence de température est importante. L'humidité relative visée sera d'environ 50% pour satisfaire la plupart des besoins (confort du personnel, lutte contre l'électricité statique, ...). Dans ces conditions la teneur en eau visée sera de 7,26 g / kg d'air sec. La quantité d'eau à injecter sera d'autant plus importante que la progression en humidité relative sera grande.
Le tableau ci-dessous résume les différents résultats:

Tre air ext °C	teneur en eau pour HR=60% g eau / kg air sec	Tre de rosée °C	HR à 20°C	eau à injecter pour HR=50% à 20°C g eau / kg air sec
-40	0,05	-44	0,3%	7,2
-20	0,4	-25	3%	6,9
-10	1,0	-16	7%	6,3
-5	1,5	-11	10%	5,8
0	2,3	-6	16%	5,0
5	3,2	-2	22%	4,0
10	4,6	3	32%	2,7
20	8,8	12	60%
30	16,1	21	(1)
40	28,5	31	(1)

(1) le point de rosée de l'air étant supérieur à 20°C, l'eau excédentaire est condensés et l'humidité relative est de 100%.