Données d’humidité relative: pourquoi la température est-elle nécessaire?

Lorsque vous vous procurez un capteur d’humidité relative de précision, souvent, la température est aussi une donnée rendue par l’instrument. Il faut savoir que l’humidité relative change en fonction de la température. L’humidité relative est un taux de la pression de vapeur d’eau sur la pression de vapeur saturante, toutes deux variant avec la température et la pression atmosphérique. Oublions pour l’instant ce dernier paramètre et concentrons-nous sur l’utilité de connaître la température lorsque nous voulons mesurer l’humidité relative.

Enregistreur de données de température et humidité relative

Il existe des hygromètres pour mesurer l’humidité absolue. Par contre, la densité de molécules d’eau dans un volume donné ne rend pas compte du comportement unique de l’eau, qui peut se trouver à différentes phases en même temps. En effet, lorsque l’air atteint un point de saturation en densité d’eau sous forme gazeuse, l’eau se condense et devient liquide. C’est pourquoi l’humidité relative est une donnée importante.

Humidité relative

Comme nous l’avons dit en introduction, l’humidité relative (φ) est un taux. Il s’agit de

φ = 100% PH2O / PSAT(T)

Nous voyons donc ici que lorsque la pression de vapeur d’eau (PH2O) égale la pression de vapeur saturante (PSAT), à une température donnée (T), l’humidité relative est de 100%. Cela veut dire qu’à partir de ce point, l’eau commencera à se liquéfier. C’est le point de saturation.

Dans l’équation de l’humidité relative, PSAT et PH2O sont des pressions partielles, calculées en kilopascals (kPa) ou en millibar (mbar), par exemple. La pression de vapeur saturante est une valeur constante à une température donnée. Il s’agit d’une proportion de la pression atmosphérique. Par exemple, à 0 °C, PSAT est 0,6% de la pression atmosphérique, alors qu’à 25 °C elle est 3% de la pression atmosphérique. Cela implique qu’entre 0 °C et 25 °C, l’air peut contenir 5 fois plus de vapeur d’eau, avant que le point de saturation ne soit atteint. Attention, il ne s’agit pas d’une règle linéaire.

Ainsi, à une altitude donnée, donc à une pression atmosphérique donnée, la façon de faire varier l’humidité relative est alors de changer la température pour faire varier PSAT, à  moins bien sûr de faire varier directement la pression de vapeur d’eau.

Pourquoi donc s’inquiéter de la pression de vapeur saturante et du point de saturation? Parce que votre enregistreur de données est un appareil électronique qui ne fait pas bon ménage avec la condensation, tout comme de nombreuses conditions expérimentales de mesure environnementale.

Point de rosée

Le point de rosée est la température à laquelle la vapeur d’eau se condense. Sachant que la condensation se produit lorsque la pression de vapeur d’eau excède la pression de vapeur saturante, à une température donnée, il est important de connaître cette température. Traditionnellement, le point de rosée peut être calculé avec un abaque psychrométrique.

Imaginons maintenant que vous désirez mesurer l’humidité relative d’un endroit fermé et où il y a des risques de condensation (très grande humidité ou très basse température). En connaissant le point de rosée, vous savez que la température de cet endroit ne peut pas descendre sous ce point, sans qu’il n’y ait de condensation. Vous devez donc garder un œil sur la température de cet endroit, en même temps que vous mesurez son humidité relative. Avec un instrument qui rend la mesure de la température et de l’humidité relative, vous avez donc toutes les données en main.

Question de vous simplifier la vie, les capteurs de température et humidité de Dracal Technologies calculent même le point de rosée pour vous. Vous pouvez donc savoir exactement la température à ne pas dépasser dans les conditions précises de votre expérience, en temps réel, préservant vos expériences et du même coup votre instrument. 

Électronique

Pour un article détaillé sur les points à considérer lors d’une prise de mesure d’humidité relative, consultez le lien suivant.

Positionnement

Lorsque nous nous intéressons à des instruments de mesure qui vont dans l’air, il est important que le capteur ne soit pas immergé. Afin d’éviter d’endommager les composants électroniques de votre appareil de mesure, il est nécessaire de comprendre comment le positionner dans un environnement humide à haut risque de condensation. La ligne directrice est que l’eau ne doit pas rester sur l’instrument. Par exemple, les sondes de type TRH320 qui sont sur les instruments Dracal doivent être fixées verticalement et vers le bas pour que l’eau s’écoule et n’entre pas en contact avec le capteur.

Outre cette précaution de positionnement, il est pertinent de garder un oeil sur le point de rosée, afin d’éviter la formation de condensation sur un instrument à l’électronique sensible. Ceci dit, si un instrument de mesure a été en contact avec de l’eau et qu’il est asséché, il est possible qu’il fonctionne à nouveau. Mais vous aurez perdu de précieuses données pendant la période où il a été mouillé.

Étalonnage

L’étalonnage d’un instrument mesurant l’humidité relative se fait dans une chambre environnementale, où la température, la pression de l’air et la pression de vapeur d’eau peuvent être contrôlées. Comme la température a un impact sur l’humidité relative, il est primordial de déterminer à quelle température l’étalonnage en humidité relative sera effectué. Par exemple, si l’incertitude de mesure est ±2 %RH entre 0% RH et 90% RH à 25 °C, il serait avisé de faire l’étalonnage de l’instrument à 25 °C pour pouvoir évaluer adéquatement si l’instrument respecte les caractéristiques techniques du manufacturier. Par contre, si l’instrument sera utilisé à une température nettement différente, il peut être souhaitable d’évaluer son incertitude de mesure à la température d’utilisation.

Une fois que la température d’étalonnage est déterminée, le laboratoire pourra faire un étalonnage en humidité relative. Cette fois, il est utile de connaître l’intervalle d’humidité relative où l’instrument sera utilisé. Selon les bonnes pratiques, trois points d’étalonnage seraient à déterminer: le premier à la borne inférieure d’humidité relative, le deuxième à la borne supérieure et le troisième au centre de l’intervalle.

Lors de l’étalonnage, le point de rosée ne doit pas être atteint. C’est pourquoi si un capteur de température et humidité relative doit être étalonné pour les deux paramètres, l’ordre de la variation de température et d’humidité est important. On augmente toujours la température avant d’augmenter le taux d’humidité, afin de prévenir la condensation.

Conclusion

Un enregistreur de données d’humidité relative et de température permet de vérifier si l’environnement atteindra le point de rosée, soit le point de condensation de la vapeur d’eau dans l’air. Il est entendu que pour l’électronique de l’instrument, cette donnée est très utile. Dans le cas d’entreposage ou de transport de marchandises sensibles à l'humidité, connaître la température en même temps que le niveau d’humidité relative permet aussi de préserver les produits ou le matériel. Si l’instrument vous fournit également le point de rosée précis à ne pas dépasser en tout temps, il est encore plus aisé de vous assurer que l’environnement ne ruinera pas vos expériences ou votre matériel.

 

Références

Frederick, J. E. (2008). Principles of Atmospheric Science. États-Unis: Jones and Bartlett Publishers.

Walker, R. and Cordner, A. (2022). Temperature and Relative Humidity Calibration System. [online] Fluke Calibration. Available at: https://us.flukecal.com/literature/articles-and-education/temperature-calibration/papers-articles/temperature-and-relative-h#:~:text=The%20calibration%20procedure%20specifies%20that,within%20the%20specified%20temperature%20range. [Accessed 15 Dec. 2022].