Humidité spécifique

LModèle:'humidité spécifique, ou teneur en eau, est le rapport de la masse d'eau dans l'air sur la masse d'air humide. Elle ne doit pas être confondue avec le rapport de mélange, qui est le rapport de la masse d'eau dans l'air sur la masse d'air sec. L'humidité spécifique maximale est lModèle:'humidité spécifique à saturation.

Sur un diagramme d'air humide, la courbe d'humidité spécifique constante est une droite horizontale en fonction de la température.

Contrairement à l'humidité relative ou absolue, l'humidité spécifique se conserve lors d'un changement d'altitude ou de température de la masse d'air tant qu'il n'y a pas de changement d'état physique, c'est-à-dire ni condensation ni évaporation. La raison en est qu'un kilogramme d'air ou de vapeur ne dépend pas de la pression ou de la température de l'air. Ainsi, lorsque l'on donne l'humidité spécifique, l'altitude de la parcelle d'air n'a pas d'importance. Malgré cet avantage, la mesure de l'humidité spécifique est difficile et doit en général être effectuée par un laboratoire.

Approximation de l'humidité spécifique

En notant $p$ la pression de l'air et $e$ la pression partielle de vapeur d'eau, on peut calculer l'humidité spécifique $q$ à partir de la formule suivante :

$q\approx \frac{0,622e}{p-0,378e}$

Dans cette démonstration, le premier terme définit la grandeur considérée, et les suivants sont des équivalents ou des approximations. On utilise les indices suivantes :

• $\text{hum}$, air humide ;
• $\text{sec}$, air sec ;
• $\text{w}$, eau (en anglais Modèle:Langue).

Seuls les deux derniers termes ont un intérêt pratique, les autres ne servant qu'à la démonstration.

$q=\frac{m_{\text{w}}}{m_{\text{hum}}}=\frac{m_{\text{w}}}{m_{\text{sec}}+m_{\text{w}}}=\frac{\frac{m_{\text{w}}}{V}}{\frac{m_{\text{sec}}}{V}+\frac{m_{\text{w}}}{V}}=\frac{{\rho }_{\text{w}}}{{\rho }_{\text{sec}}+{\rho }_{\text{w}}}$

$q=\frac{{\rho }_{\text{w}}}{{\rho }_{\text{sec}}+{\rho }_{\text{w}}}=\frac{\frac{e}{R_{\text{w}}\cdot T}}{\frac{p-e}{R_{\text{sec}}\cdot T}+\frac{e}{R_{\text{w}}\cdot T}}=\frac{e\cdot M_{\text{w}}}{(p-e)\cdot M_{\text{sec}}+e\cdot M_{\text{w}}}=\frac{\frac{M_{\text{w}}}{M_{\text{sec}}}\cdot e}{p-(1-\frac{M_{\text{w}}}{M_{\text{sec}}})\cdot e}\approx \frac{0,622\cdot e}{p-0,378\cdot e}\approx 0,622\cdot \frac{e}{p}$

où, d'après la loi des gaz parfaits applicable à l'air atmosphérique :

${\rho }_{\text{w}}=\frac{e}{R_{\text{w}}\cdot T}$ avec $R_{\text{w}}=\frac{R}{M_{\text{w}}}$

${\rho }_{\text{sec}}=\frac{p-e}{R_{\text{sec}}\cdot T}$ avec $R_{\text{sec}}=\frac{R}{M_{\text{sec}}}$

avec les notations :

• $m$ la masse ;
• $\rho$ la masse volumique ;
• $V$ le volume ;
• $R_{\text{x}}$ la constante spécifique de $\text{x}$ ;
• $R$ la constante universelle des gaz parfaits ;
• $T$ la température thermodynamique ;
• $M_{\text{w}}$ la masse molaire de l'eau, Modèle:Unité ;
• $M_{\text{sec}}$ la masse molaire de l'air sec, Modèle:Unité ;
• $e$ la pression partielle de vapeur d'eau ;
• $p$ la pression de l'air.

L'équation inverse, qui permet de trouver la pression partielle de vapeur d'eau en fonction de l'humidité spécifique et de la pression de l'air est donc :

$e\approx \frac{qp}{0,622+0,378q}$

En notant $E$ la pression de vapeur saturante de l'eau, lModèle:'humidité spécifique à saturation $q_s$ est par définition :

$q_s\approx \frac{0,622E}{p-0,378E}$

Conversion

D'après les formules empiriques de Nadeau et Puiggali, l'humidité spécifique $\text{HS}$ peut être exprimée en fonction de l'humidité relative $\text{HR}$ par la relation :

$\text{HS}=\frac{0,622p_{\text{sat}}\left(\theta \right)\text{HR}}{101325-p_{\text{sat}}\left(\theta \right)\text{HR}}$

$p_{\text{sat}}\left(\theta \right)=\exp [23,3265-\frac{3802,7}{\theta +273,18}-{\left(\frac{472,68}{\theta +273,18}\right)}^2]$

avec :

• $\text{HR}$ l'humidité relative (entre 0 et 1) ;
• $\text{HS}$ l'humidité spécifique en kgModèle:Ind/kgModèle:Ind ;
• $\theta$ la température en °C (comprise entre 0 et Modèle:Tmp) ;
• $p_{\text{sat}}\left(\theta \right)$ la pression de vapeur saturante de l'eau en Pa.

Exemple

Modèle:Nobr

Modèle:Nobr

⇒ Modèle:Nobr

⇒ Modèle:Nobr

Voir aussi

• Air humide
• Humidité absolue
• Pression de vapeur
• Pression de vapeur saturante de l'eau