L'eau, c'est bien connu, s'évapore même à une température nettement inférieure à 100°C. En fait, même en dessous de 0°C, la glace devient de la vapeur : c'est la sublimation. Un verre d'eau, et même la neige exposée au soleil, peuvent s'évaporer, tout doucement, sans bouillir. Que se passe-t-il ?
La vapeur saturante :
À chaque température correspond une pression "de vapeur saturante" : c'est la pression partielle maximum de la vapeur d'eau, autrement dit la part de la pression totale qui est due à la contribution de cette vapeur. Plus la température est élevée et plus elle est importante, et donc plus l'air saturé en vapeur d'eau en contiendra. À 100°C, elle est égale à la pression atmosphérique normale, ce qui veut dire que l'air peut être totalement remplacé par de la vapeur, et c'est pour cela que l'eau bout. Inversement, en altitude, là où la pression atmosphérique est plus faible qu'au niveau de la mer, l'eau bout en dessous de 100°C (par exemple, 80°C au sommet du Mont-Blanc) parce que sa pression de vapeur saturante atteint la pression atmosphérique à une température plus basse que 100°C.
L'hygrométrie relative :
Les hygromètres mesurent un taux d'humidité (en %). C'est ce qu'on appelle l'humidité relative. C'est tout simplement le rapport entre la pression partielle de la vapeur d'eau et la pression de vapeur saturante. Quand l'hygrométrie est de 100%, c'est que l'air est saturé de vapeur d'eau, quand elle est de 60%, il contient une quantité de vapeur qui est 60% de la saturation.
L'évaporation :
Quand l'air est saturé (air humide), l'évaporation est impossible. Dès qu'il ne l'est plus, il peut y avoir de l'évaporation. En fait, juste au-dessus de l'eau, l'air se sature très vite, mais le moindre souffle remplacera cet air saturé par de l'air plus sec "tout neuf" et donc l'évaporation continuera pour humidifier cet apport d'air sec. C'est pour cette raison que le linge séchera plus vite s'il y a du vent !
L'évaporation est un processus qui consomme de la chaleur. En effet, on sait qu'il faut apporter de la chaleur pour faire bouillir de l'eau (et comme la chaleur ne sert plus qu'à transformer le liquide en gaz, la température n'augmente plus et reste à 100°C), ou que même sans qu'il y ait ébullition, le linge sèche mieux au soleil. Mais inversement, si de l'eau s'évapore et qu'il n'y a pas d'apport extérieur de chaleur, celle-ci sera empruntée au milieu qui se refroidira. C'est pour cette raison qu'on a froid quand on sort du bain à la plage ou à la piscine : en s'évaporant, l'eau qui nous mouille refroidit notre corps. C'est aussi le but de la transpiration : refroidir en offrant de l'eau à évaporer. Et comme c'est plus efficace dans l'air sec que dans l'air humide, une atmosphère moite (très humide) interdit l'évaporation de la transpiration, le corps ne peut plus se refroidir et la sensation de chaleur est accrue. La "température ressentie" peut être bien plus élevée que la température réelle. Par exemple, avec 30°C réels et 90% d'humidité, la température ressentie est estimée à 41°C, ce qui veut dire qu'on se sent aussi mal que si on est dans l'air sec à 41°C.
La condensation :
Si on abaisse la température de l'air, la quantité de vapeur qu'il faut pour être à saturation diminue. Quand la quantité de vapeur présente dépasse la quantité à saturation, la vapeur en trop se condense, se liquéfie. Par exemple, l'air que l'on expire, très humide et à 37°C, par temps froid, va former de la buée en se refroidissant.
Comme la condensation est exactement le contraire de l'évaporation, elle fournit de la chaleur au lieu d'en consommer. Un air dans lequel de la vapeur se condense va se réchauffer.
Comment se forment les nuages :
La vapeur d'eau atmosphérique provient principalement de l'évaporation des océans. En altitude, où la température est basse, elle peut se condenser et former des gouttes d'eau liquide. En fait, la condensation directe n'est pas facile s'il n'y a pas un "point de départ" pour la goutte d'eau qui se forme. Ce point de départ (noyau de condensation) est une particule, une poussière, souvent un grain de sel microscopique qui s'est envolé très haut à partir des embruns de l'eau de mer. Eh oui, le sel marin a lui aussi un rôle dans la formation des nuages.
Les propriétés ascensionnelles de la vapeur d'eau :
Tant que la quantité de vapeur reste en dessous de la saturation, la température de l'air qui monte diminue assez rapidement avec la pression. Dès que la condensation commence, la baisse de température est moins grande car la condensation dégage de la chaleur. Ainsi, en montant, de l'air encore "sec" se refroidit plus fortement que de l'air saturé en humidité. En descendant, c'est le contraire, l'air sec se réchauffe plus fortement.
L'air chaud et humide a tendance à monter, un exemple bien connu est celui de l'atmosphère au-dessus des mers chaudes, qui par ses mouvements "pompe" de l'énergie et alimente la "machine infernale" des cyclones (dans lesquels d'autres phénomènes interviennent, notamment la force de Coriolis et les alizés).
L'effet de foehn :
Quand de l'air humide est obligé de monter parce qu'il rencontre une barrière montagneuse, il se refroidit en condensant sa vapeur d'eau, donc il se refroidit assez lentement, et il perd son humidité puisqu'elle se condense (en donnant de la pluie). En redescendant de l'autre côté, l'air en question se réchauffe, mais il a été asséché, donc il se réchauffe plus rapidement, et se retrouve, à altitude égale, plus chaud qu'avant d'avoir franchi les montagnes.
La vapeur saturante :
À chaque température correspond une pression "de vapeur saturante" : c'est la pression partielle maximum de la vapeur d'eau, autrement dit la part de la pression totale qui est due à la contribution de cette vapeur. Plus la température est élevée et plus elle est importante, et donc plus l'air saturé en vapeur d'eau en contiendra. À 100°C, elle est égale à la pression atmosphérique normale, ce qui veut dire que l'air peut être totalement remplacé par de la vapeur, et c'est pour cela que l'eau bout. Inversement, en altitude, là où la pression atmosphérique est plus faible qu'au niveau de la mer, l'eau bout en dessous de 100°C (par exemple, 80°C au sommet du Mont-Blanc) parce que sa pression de vapeur saturante atteint la pression atmosphérique à une température plus basse que 100°C.
L'hygrométrie relative :
Les hygromètres mesurent un taux d'humidité (en %). C'est ce qu'on appelle l'humidité relative. C'est tout simplement le rapport entre la pression partielle de la vapeur d'eau et la pression de vapeur saturante. Quand l'hygrométrie est de 100%, c'est que l'air est saturé de vapeur d'eau, quand elle est de 60%, il contient une quantité de vapeur qui est 60% de la saturation.
L'évaporation :
Quand l'air est saturé (air humide), l'évaporation est impossible. Dès qu'il ne l'est plus, il peut y avoir de l'évaporation. En fait, juste au-dessus de l'eau, l'air se sature très vite, mais le moindre souffle remplacera cet air saturé par de l'air plus sec "tout neuf" et donc l'évaporation continuera pour humidifier cet apport d'air sec. C'est pour cette raison que le linge séchera plus vite s'il y a du vent !
L'évaporation est un processus qui consomme de la chaleur. En effet, on sait qu'il faut apporter de la chaleur pour faire bouillir de l'eau (et comme la chaleur ne sert plus qu'à transformer le liquide en gaz, la température n'augmente plus et reste à 100°C), ou que même sans qu'il y ait ébullition, le linge sèche mieux au soleil. Mais inversement, si de l'eau s'évapore et qu'il n'y a pas d'apport extérieur de chaleur, celle-ci sera empruntée au milieu qui se refroidira. C'est pour cette raison qu'on a froid quand on sort du bain à la plage ou à la piscine : en s'évaporant, l'eau qui nous mouille refroidit notre corps. C'est aussi le but de la transpiration : refroidir en offrant de l'eau à évaporer. Et comme c'est plus efficace dans l'air sec que dans l'air humide, une atmosphère moite (très humide) interdit l'évaporation de la transpiration, le corps ne peut plus se refroidir et la sensation de chaleur est accrue. La "température ressentie" peut être bien plus élevée que la température réelle. Par exemple, avec 30°C réels et 90% d'humidité, la température ressentie est estimée à 41°C, ce qui veut dire qu'on se sent aussi mal que si on est dans l'air sec à 41°C.
La condensation :
Si on abaisse la température de l'air, la quantité de vapeur qu'il faut pour être à saturation diminue. Quand la quantité de vapeur présente dépasse la quantité à saturation, la vapeur en trop se condense, se liquéfie. Par exemple, l'air que l'on expire, très humide et à 37°C, par temps froid, va former de la buée en se refroidissant.
Comme la condensation est exactement le contraire de l'évaporation, elle fournit de la chaleur au lieu d'en consommer. Un air dans lequel de la vapeur se condense va se réchauffer.
Comment se forment les nuages :
La vapeur d'eau atmosphérique provient principalement de l'évaporation des océans. En altitude, où la température est basse, elle peut se condenser et former des gouttes d'eau liquide. En fait, la condensation directe n'est pas facile s'il n'y a pas un "point de départ" pour la goutte d'eau qui se forme. Ce point de départ (noyau de condensation) est une particule, une poussière, souvent un grain de sel microscopique qui s'est envolé très haut à partir des embruns de l'eau de mer. Eh oui, le sel marin a lui aussi un rôle dans la formation des nuages.
Les propriétés ascensionnelles de la vapeur d'eau :
Tant que la quantité de vapeur reste en dessous de la saturation, la température de l'air qui monte diminue assez rapidement avec la pression. Dès que la condensation commence, la baisse de température est moins grande car la condensation dégage de la chaleur. Ainsi, en montant, de l'air encore "sec" se refroidit plus fortement que de l'air saturé en humidité. En descendant, c'est le contraire, l'air sec se réchauffe plus fortement.
L'air chaud et humide a tendance à monter, un exemple bien connu est celui de l'atmosphère au-dessus des mers chaudes, qui par ses mouvements "pompe" de l'énergie et alimente la "machine infernale" des cyclones (dans lesquels d'autres phénomènes interviennent, notamment la force de Coriolis et les alizés).
L'effet de foehn :
Quand de l'air humide est obligé de monter parce qu'il rencontre une barrière montagneuse, il se refroidit en condensant sa vapeur d'eau, donc il se refroidit assez lentement, et il perd son humidité puisqu'elle se condense (en donnant de la pluie). En redescendant de l'autre côté, l'air en question se réchauffe, mais il a été asséché, donc il se réchauffe plus rapidement, et se retrouve, à altitude égale, plus chaud qu'avant d'avoir franchi les montagnes.
inscrit le 17/10/05
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