Glossaire

humidité relative

  Curieux  

L'humidité relative u , encore appelée degré hygrométrique , est une caractéristique quantitative de l'humidité de l'air en chaque point M de l'atmosphère et à chaque instant : M étant considéré comme inclus dans une parcelle donnée d'air (c'est-à-dire d'air humide, composé d'air sec et de vapeur d'eau), le nombre u mesure le rapport en pourcentage de la pression partielle e de la vapeur d'eau contenue dans cette parcelle à la pression de vapeur saturante e w ( T ) qu'elle y aurait si elle se trouvait à l'état de saturation à la même température T ; l'humidité relative a donc à chaque instant l'expression u = 100 e / e w ( T ), où T mesure la température de la parcelle à cet instant. (L'indice w est mis ici pour water .)

Ce rapport positif, qui est un indicateur fondamental de l'humidité de l'air, peut varier normalement de la valeur 0 pour un air parfaitement sec (que l'on ne trouve en fait jamais, ni dans la basse atmosphère, ni même dans la moyenne atmosphère) à la valeur 100 (pour un air où, en principe, se déclenche le processus de condensation de la vapeur d'eau contenue dans la parcelle) ; en cas de sursaturation, il arrive que la valeur de u devienne supérieure à 100 — mais légèrement et passagèrement, du moins en conditions naturelles. Par ailleurs, il est à noter que l'humidité relative exprime tout aussi bien, à l'instant et à la température considérés, le rapport en pourcentage de la masse m de vapeur d'eau contenue dans la parcelle d'air donnée à la masse maximale m w que pourrait recevoir cette parcelle à la même température sans qu'il y ait condensation.


  Initié  

Isolons dans l'atmosphère une parcelle d'air humide non saturé de volume V et de masse m : l'état physique de cette parcelle est défini par sa température absolue T (en kelvins), sa pression p et sa tension de vapeur e ; on a T = t + 273,15, où t désigne la température de la parcelle en degrés Celsius . Nous noterons respectivement m v et m a les masses de vapeur d'eau et d'air sec contenues dans la parcelle (avec m v + m a = m ), µ v et µ a les proportions massiques correspondantes (avec µ v + µ a = 1) et nous appellerons m w la masse maximale de vapeur d'eau que pourrait contenir la parcelle à la température T . Soit e w ( T ) la pression de vapeur saturante par rapport à l'eau liquide à T kelvins, qui est connue dès que T est connue. Par définition, l'humidité relative u de la parcelle considérée vaut, en pourcentage, 100 e / e w ( T ) ; or, l'équation d'état des gaz parfaits pour la vapeur d'eau au sein de la parcelle s'écrit e V = m v R v T et, à saturation, e w ( T ) V = m w R v T , où R v désigne une constante spécifique de la vapeur d'eau : on en déduit la relation e / e w ( T ) = m / m w et l'expression u = 100 m / m w , qui démontre que l'humidité relative représente aussi bien le rapport en pourcentage de la masse de vapeur d'eau contenue dans la parcelle à la masse maximale de vapeur d'eau que pourrait recevoir celle-ci à la même température (compte non tenu d'une possible sursaturation).

Plus immédiate que ce recours à l'humidité relative apparaît la mesure de l'humidité absolue, qui est le rapport de la masse de vapeur d'eau contenue dans la parcelle au volume de cette dernière : ce rapport m v / V , égal en fait à la masse volumique ρ v = e / ( R v T ) de la vapeur d'eau, est le plus souvent mesuré en grammes par mètre cube (donc en millièmes de kg.m - 3 ) et est utilisable partout où l'on est amené à évaluer un état ou un processus en volumes d'air, comme cela arrive en agriculture ou dans le bâtiment.

En météorologie, où l'on envisage le plus souvent les évolutions de parcelles d'air de masse constante, un paramètre mieux approprié est la proportion massique µ v = m v / m = m v / ( m v + m a ) de la vapeur d'eau ; ce rapport — souvent noté q — est égal tout autant à ρ v / ρ = ρ v / (ρ a + ρ v ), où ρ désigne la masse volumique de l'air humide et ρ a celle de l'air sec, et il s'appelle le contenu en vapeur d'eau ou l' humidité spécifique , ou encore la concentration de masse . On sait que pour l'air sec, l'équation d'état de l'air s'écrit (compte tenu de la loi de Dalton ) : p - e = ρ a R a T , où R a désigne une constante spécifique de l'air sec. Cette formule, associée à la formule parallèle e = ρ v R v T pour la vapeur d'eau, permet d'obtenir, à travers les expressions de ρ a et ρ v , celle du contenu en vapeur d'eau µ v en fonction des données de pression p et e . Cependant, cette expression est assez complexe alors même que le nombre µ v reste très proche d'un quatrième genre de paramètre, d'expression plus simple : le rapport de mélange r , défini par r = m v / m a = ρ v / ρ a ; en effet, la valeur de m v est toujours très faible par rapport à celle de m a (ou de m ). Il est donc commode d'employer plutôt le rapport de mélange, sachant que l'on passe de µ v à r par les égalités µ v = r / (1 + r ) ou r = µ v / (1 - µ v ) ; l'égalité e / ( p - e ) = (ρ v / ρ a ) ( R v / R a ) et l'évaluation de la constante R a / R v = 0,622 fournissent alors une formule météorologique d'usage courant pour déduire le rapport de mélange (en grammes de vapeur d'eau par gramme d'air sec) des valeurs de p et e :

 

r = 0,622 e / ( p - e ).