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HUMIDITÉ

L’air est un mélange de gaz dont les deux principaux sont l’azote et l’oxygène. D’autres gaz naturels appelés constituants mineurs, tels que l’argon, le xénon, le néon et le krypton, s’y trouvent également en proportions bien définies. Il n’en est pas de même ni pour le dioxyde de carbone (CO²), dont le rôle est capital dans le bilan radiatif de la Terre, ni pour l’eau sous forme de vapeur, dont la présence est aussi indispensable que l’oxygène à l’équilibre de la vie dans la biosphère.

Si la concentration en dioxyde de carbone s’accroît par la combustion des charbons et hydrocarbures fossiles et les déforestations, la concentration en eau, que cette dernière soit à l’état de vapeur seulement ou à la fois sous formes gazeuse et condensée (nuages, brouillards, précipitations), est uniquement gouvernée par les processus naturels. Il existe pour chaque température une quantité maximale de vapeur d’eau que l’atmosphère peut accepter sans qu’apparaisse, à la saturation, la condensation sous forme liquide ou solide. Entre l’absence absolue de vapeur d’eau, jamais réalisée dans l’atmosphère, et la saturation, on peut imaginer une échelle de valeurs (humidité): 100 p. 100 correspondent à la saturation et 0 p. 100 à une atmosphère «idéale» totalement privée de vapeur d’eau.

Humidité atmosphérique et cycle de l’eau

L’eau des nuages et l’eau sous forme de vapeur existant dans l’atmosphère proviennent directement de l’évaporation des surfaces

des océans, des lacs, des rivières, des marais, des glaciers ou des champs de neige. Le cycle schématisé de l’évaporation des océans (vapeur d’eau, nuages, précipitations formant ensuite ruisseaux, fleuves ou rivières) est trop connu pour qu’il soit nécessaire de le préciser. Toutefois, au cours du long trajet continental des masses d’air maritime chargées d’humidité, des mécanismes de relais précipitations-évaporation interviennent grâce à la présence du couvert végétal et en particulier des forêts : chaque arbre des régions tempérées évapore quotidiennement au minimum plusieurs dizaines de litres d’eau en période d’activité végétale. La réinjection dans l’atmosphère de l’eau sous forme de vapeur provenant d’une région forestière peut être parfois plus importante que celle qui proviendrait d’un plan d’eau de même superficie. Grâce à cette répétition du cycle évaporation-condensation-précipitations, la vapeur d’eau est pratiquement présente partout à tout moment, et seules les régions désertiques, où ce mécanisme fait défaut, ont des humidités relatives moyennes inférieures à 50 p. 100. La répartition de la vapeur d’eau, conditionnée à la fois par la circulation générale des masses d’air de diverses origines et par l’interaction locale des phénomènes physiques dans la basse troposphère, est plus homogène en altitude. Pratiquement toute la vapeur d’eau que contient notre atmosphère se trouve dans la troposphère et plus de la moitié de cette eau (nuages et vapeur) entre quatre mille et cinq mille mètres. Au-delà, on peut considérer que la teneur en vapeur d’eau devient extrêmement faible. Les nuages, excellents indicateurs visuels de la saturation, ne s’étendent, sauf de rares exceptions, que dans la troposphère, et le niveau des cirrus marque en altitude l’extrême limite où la condensation intervient. Au-delà, et jusqu’aux confins de notre atmosphère neutre – c’est-à-dire jusqu’aux altitudes où les réactions photochimiques causées par le rayonnement solaire énergétique n’interviennent pas de façon notable –, on peut dire que l’humidité relative est inférieure en moyenne à 50 p. 100, sauf à certains niveaux (25 et 80 kilomètres d’altitude) où sont observés très exceptionnellement les «nuages nacrés» et les «nuages nocturnes luminescents». Aux altitudes où se produisent ces phénomènes rarissimes, les températures sont de l’ordre de 漣 40 ⁰C et 漣 100 ⁰C; par conséquent, même si la saturation par rapport à la glace est atteinte, les pressions de vapeur correspondantes rendent le contenu en eau extrêmement faible à ces basses températures.

Ajoutons enfin que, comme le dioxyde de carbone, l’eau n’est pas un constituant permanent; sa présence résulte d’un état d’équilibre entre les mécanismes d’évaporation et de précipitations. On peut ainsi parler du «temps de résidence moyen» d’une molécule d’eau dans l’atmosphère; il est de l’ordre de quelques semaines, quelquefois de quelques heures dans de l’air instable où des averses se forment de manière continue. Il peut atteindre sans doute plusieurs mois ou même des années si les molécules évaporées à la surface du globe ont été transportées dans la circulation stratosphérique ou ont pu franchir le niveau de la stratopause.

Hygrométrie ou mesure de la vapeur d’eau atmosphérique

Si les météorologistes utilisent beaucoup la notion d’humidité relative, ils préfèrent néanmoins estimer de façon plus directe le contenu pondéral en vapeur d’eau; ils utilisent notamment le rapport de mélange , c’est-à-dire, en grammes par kilogramme, le rapport de la masse d’eau à la masse d’air sec qui la contient, et l’humidité spécifique , qui exprime la quantité d’eau en grammes par kilogramme de l’air humide qui la contient. On utilise aussi parfois la notion de concentration en vapeur d’eau, ou humidité absolue, en exprimant le nombre de grammes d’eau sous forme de vapeur par mètre cube d’air du mélange considéré.

Pour mesurer dans un échantillon d’air humide le contenu de vapeur d’eau en masse par volume de référence, on peut faire appel à un grand nombre de techniques.

L’une de ces techniques consiste à peser effectivement un échantillon, après piégeage ou absorption sur un corps très avide d’eau; ce corps d’épreuve doit être traversé par un volume ou un poids d’air soigneusement mesuré en cours d’opération. Cette méthode pondérale pure, qui exige une pesée automatique précise pour un appareil en fonctionnement continu, est remplacée par la mesure de l’échauffement d’un corps présentant une forte réaction exothermique vis-à-vis de l’eau (acide sulfurique), ou par l’électrolyse d’un complexe formé par l’eau avec certains corps (anhydride phosphorique). De toute façon, on préfère effectuer une mesure de température, de courant, de pression ou de volume, plutôt que de procéder par pesée directe du corps d’épreuve.

Un autre groupe important d’hygromètres utilise la propriété qu’ont certains sels hygroscopiques – ou déliquescents – de se mettre en équilibre d’absorption avec l’humidité de l’air ambiant. On mesure alors, de préférence en courant alternatif, la résistance ohmique d’un capteur revêtu d’une préparation adéquate – en général à base de chlorure de lithium –, ou bien on électrolyse en permanence la préparation pour la maintenir à sa conductivité initiale correspondant à l’état anhydre. Ces appareils, séduisants par leur simplicité technique, ont cependant des constantes de temps élevées aux basses températures et, maintenus trop longtemps à des humidités relatives voisines de la saturation, deviennent inutilisables.

L’un des meilleurs hygromètres, mais aussi le plus coûteux, mesure sur un trajet optique de l’ordre du mètre le rapport de l’intensité d’une raie d’absorption intense de la vapeur d’eau dans l’infrarouge moyen à celle d’une bande très voisine non absorbée. Des filtres interférentiels centrés par exemple sur les bandes de 2,66 猪m ou 6,26 猪m, associés à des méthodes thermiques ou à des détecteurs infrarouges de très haute sensibilité, permettent des réalisations très compactes, et présentent tous les avantages d’une mesure spectrométrique (constante de temps et interaction nulles, facilités d’étalonnage).

On réalise aussi des hygromètres fondés sur les variations de la constante diélectrique de l’alumine en fonction de l’humidité relative. Plus robustes que les hygromètres électrolytiques, ils craignent également, mais à un degré moindre, la saturation suivie de condensation, mais leurs possibilités sont beaucoup plus étendues aux basses pressions et aux basses températures.

La vapeur d’eau atmosphérique peut être aussi mesurée par chromatographie en phase gazeuse, par spectrométrie de masse – avec système de pesée sous vide du condensat. Cette dernière technique permet de mesurer en même temps la concentration en isotopes naturels de l’oxygène (¹⁸O) ou de l’hydrogène (deutérium et tritium). Ces isotopes sont toujours présents à l’état de traces dans l’eau ordinaire.

D’autres hygromètres utilisent la dilatation de corps naturels tels que le cheveu ou la baudruche. Cette dilatation, proportionnelle à l’humidité relative ambiante, tout au moins dans un certain domaine, permet, par une mesure mécanique directe, d’estimer cette grandeur. Des substances synthétiques comme la cellophane peuvent être utilisées dans de tels hygromètres, ou encore dans des hygromètres à diffusion comme membranes semi-perméables à la vapeur d’eau.

Une autre classe d’appareils est celle des psychromètres et des hygromètres à point de rosée . Dans ces types d’instruments, on accède à la mesure de la vapeur d’eau par deux mesures distinctes et simultanées des températures.

Dans le psychromètre, l’un des thermomètres sert à la mesure de la température de l’air ambiant, l’autre à la mesure de l’abaissement de température provoqué par l’évaporation d’un film d’eau recouvrant le réservoir du second thermomètre. L’approvisionnement en eau de ce film est assuré par une mousseline alimentée par capillarité. La ventilation doit être suffisante pour obtenir un fonctionnement correct. La tension de vapeur de l’air ambiant est alors déterminée par l’écart des deux températures ainsi mesurées et en faisant intervenir une constante, dite «constante psychrométrique», représentant le rapport de la capacité thermique massique de l’air sec à la chaleur latente de vaporisation de l’eau.

Dans l’hygromètre à point de rosée, le «thermomètre mouillé» est remplacé par un thermomètre qui mesure, grâce à un dispositif adéquat de refroidissement, la température de la paroi froide sur laquelle se condense la vapeur d’eau ambiante. En se reportant aux tables donnant la pression de vapeur saturante en fonction de la température, on déduit l’humidité relative correspondant aux deux températures (thermomètre refroidi et thermomètre ordinaire). L’appréciation du début de la condensation marquant ce «point de rosée» est parfois délicate; des dispositifs photo-électriques permettent une certaine automatisation et, par asservissement du système de réfrigération, une marche continue de cet appareil. Au lieu de produire le refroidissement d’une plaque métallique polie sur laquelle on observe la formation de la buée, on peut, dans une enceinte, provoquer un refroidissement par détente adiabatique et examiner la formation d’un nuage de gouttelettes.

Les psychromètres et les hygromètres à point de rosée, malgré certains défauts, sont largement utilisés pour les mesures courantes; ils fournissent, avec un appareillage relativement simple et peu coûteux, des mesures dont la précision est suffisante pour les besoins ordinaires de la météorologie.

Les radiomètres infrarouges embarqués sur les satellites météorologiques permettent, quant à eux, de reconstituer la distribution globale de la vapeur d’eau atmosphérique.

• 1361; bas lat. humiditas → humide

Contraires :

n. f. état de ce qui est humide. L'humidité du sol.

|| Humidité absolue: masse d'eau contenue dans l'air, exprimée en g/m³.

— Humidité relative ou degré hygrométrique: rapport, exprimé en pourcentage, entre la masse d'eau contenue dans l'air et celle que contiendrait le même volume s'il était saturé. L'humidité atmosphérique est mesurée à l'aide d'hygromètres.

Encycl. L'humidité de l'air, qui est la proportion de vapeur d'eau contenue dans l'air, entraîne, à saturation, les phénomènes de la pluie et de la rosée. Avec la température, elle conditionne l'évapotranspiration des plantes. L'humidité du sol est le poids d'eau contenu dans un échantillon de terre après dessiccation totale. Elle varie en fonction de la température, de la saison, des apports d'eau, du couvert végétal et de la texture du sol. Elle détermine la capacité au champ, ou quantité d'eau retenue par un sol après ressuyage, et le point de flétrissement, quantité maximale d'eau contenue dans un sol entraînant le flétrissement permanent des plantes.

⇒HUMIDITÉ, subst. fém.

A. — Vapeur, eau imprégnant un objet ou un lieu. Il tombait une humidité froide, une espèce de pluie fine, comme si le brouillard du soir s'était résorbé en eau glacée (VAN DER MEERSCH, Invas. 14, 1935, p. 55). Une humidité lourde traînait au ras du sol, couvrant les moellons d'un drapé de mousse qui feutrait les bruits (GRACQ, Syrtes, 1951, p. 75) :

• 1. ... il y avait des femmes d'une extrême élégance, dans une lumière humide, hollandaise, où l'on sentait monter dans le soleil même le froid pénétrant de l'eau. Jamais je n'ai vu les femmes arrivant en voiture, ou leurs jumelles aux yeux, dans une pareille lumière qui tient sans doute à l'humidité marine.

PROUST, J. filles en fleurs, 1918, p. 898.

Rem. On relève un emploi correspondant à humide B 2 en partic., où humidité connote le désir amoureux ou un sentiment. Dans leurs grands yeux impurs, passaient des humidités attendries (ZOLA, T. Raquin, 1867, p. 66). Une légère humidité au coin des lèvres, une légère moiteur dans la main, un trouble qui mouille de beaux yeux (BARRÈS, Cahiers, t. 2, 1898, p. 18).

SYNT. Humidité de l'air, du climat, de la nuit, du soir, du sol, de la terre; humidité de cave; humidité ambiante, atmosphérique, chaude, constante, fétide, glacée, glaciale, malsaine, nocturne, pénétrante, perpétuelle, persistante; humidité qui coule, glace, monte, pénètre, ruisselle, suinte, tombe; buée, odeur, flaques, traces, traînées d'humidité; pourri, rongé par l'humidité; imprégné, suintant, trempé d'humidité; absorber, entretenir l'humidité; préserver de l'humidité; résister à l'humidité; ruisseler d'humidité; sentir, suer l'humidité.

1. Humidité absolue. Rapport de la quantité de vapeur d'eau au volume d'air qui la contient. L'humidité absolue est une donnée assez peu employée par les météorologistes, car elle ne caractérise pas suffisamment un état particulier d'une masse d'air atmosphérique (DELC. t. 4 1928).

2. Humidité relative. Rapport entre la quantité de vapeur d'eau contenue dans un volume d'air donné à une température donnée et la quantité de vapeur d'eau contenue par ce même volume d'air à saturation. L'humidité relative ou état hygrométrique diminue aussi à hauteur croissante (MAURAIN, Météor., 1950, p. 115) :

• 2. ... les musées doivent être chauffés non seulement pour les visiteurs et les gardiens, mais pour les œuvres d'art elles-mêmes (...). Ce qui nuit aux objets c'est l'humidité relative de l'atmosphère, c'est-à-dire le pourcentage de cette humidité par rapport au taux de saturation de l'air ambiant.

L. BENOIST, Musées, 1960, p. 62.

3. Humidité spécifique. Rapport entre la quantité de vapeur d'eau et le volume d'air humide dans lequel cette quantité de vapeur d'eau est contenue. L'humidité spécifique est l'élément le plus commode à employer en météorologie parce qu'il reste invariable (tant que la condensation de la vapeur d'eau n'intervient pas) et caractérise ainsi une masse d'air (DELC., t. 4 1928).

Prononc. et Orth. : [ymidite]. Att. ds Ac. dep. 1694. Étymol. et Hist. 2^e moitié XIV^e s. (N. ORESME ds MEUNIER, p. 181). Empr. au b. lat. humiditas « humidité ». Fréq. abs. littér. : 882. Fréq. rel. littér. : XIX^e s. : a) 1 136, b) 1 722; XX^e s. : a) 1 470, b) 974.

humidité [ymidite] n. f.

ÉTYM. 1361; bas lat. humiditas, de humidus. → Humide.

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1 Caractère de ce qui est humide, chargé d'eau, de liquide, de vapeur. || Les plantes ont besoin d'humidité. || Humidité d'un sol. || Taux d'humidité du sol. || L'humidité d'une maison, d'une pièce. || Traces, taches d'humidité. ⇒ Mouillure. || Humidité pénétrante, malsaine (→ Alcool, cit. 1). || Métal rouillé, rongé par l'humidité (⇒ Oxydation; → Guimbarde, cit. 2). || Bois qui se gondole, poutres qui se pourrissent à l'humidité (→ Fil, cit. 28). || Vêtements, objets moisis par l'humidité. || Cave sentant le moisi et l'humidité (→ Guitoune, cit. 1). || Grâce à ces fondations de béton, il n'y aura pas d'humidité (→ Fonder, cit. 1). || Assainir en supprimant l'humidité. || Qui préserve de l'humidité. ⇒ Hydrofuge. || Lutter contre l'humidité et le froid (→ Aménagement, cit. 2). || Bruits amortis (cit. 10) par l'humidité. || Humidité chaude (⇒ Lourdeur; → Équatorial, cit.), glacée (→ Germe, cit. 13).