DE LA VAPEUR D'EAU DANS L'AIR
L'eau à l’état de vapeur se rencontre d’une façon constante dans l’atmosphère. Son existence est attestée par un grand nombre de phénomènes. Le changement, par exposition à l'air, de la chaux vive en hydrate de chaux, la transformation en deliquium de la potasse et de la soude caustique, de l'acide phosphorique anhydre, et d’un grand nombre de substances, dites déliquescentes, sont autant de témoignages de la présence de l'humidité atmosphérique. Dans un autre ordre d'idée, la buée qui se produit sur Les vitres des appartements pendant l'hiver ou sur es corps refroidis, le phénomène de la rosée, les nuages et les bronillards, la pluie et la neige sont dus à la vapeur d’eau que renferme l'air ambiant.
I. — Mesure de la quantité de vapeur d'eau contenue dans l'air.
La proportion de vapeur d’eau contenue dans l’air peut s’exprimer, comme la proportion d'une substance gazeuse quelconque, par le poids de la vapeur d’eau rapporté au volume de l'air humie. On dira, par exemple, qu’un air
RE I he TL WE P donné contient — d’humidité ou plus généralement +,
Le
ce qui signifie que 1,000 litres d’air ou plus généralement un volume V contiennent 8 gr. d'humidité, ou plus généralement un poids p.
Au lieu de considérer ainsi /& quantité absolue de vapeur d’eau, les physiciens ont trouvé avantageux de considérer une autre fonction de cette quantité. Le rapport de la force élastique { de la vapeur d'eau contenue dans l'air à la tension maximum F de l’eau à la même température. Ce qu’il importe de connaitre en effet, c’est ordinairement, non le poids de vapeur d’eau que renferme
l'air, mais son humidité relative. Le rapport + représente
l'état hygrométrique et la fraction de saturation de Pair. C’est un nombre fractionnaire d’autant plus petit que l’atmosphère est plus sèche et d'autant plus rapproché de l'unité que l'atmosphère est plus humide.
Il est facile du reste de passer de l’état hygrométrique d’un volume V d’air au poids de l’eau qu'il contient et réciproquement : on sait en effet que les quantités p V etf sont liées par la relation.
1,293 X 0,622 DV (1H at) 760
dans laquelle # est la température et « le coefficient de dilatation de Pair.
De nombreux procédés peuvent être employés pour déterminer la quantité d’eau contenue dans l’air. Leur description forme un chapitre entier de physique, l’hygrométrie. Nous sortirions du cadre que nous nous som=— mes tracé en les étudiant en détail ; nous allons seulement indiquer en principe les méthodes les plus importantes,
Je. 2
I. Méthodes chimiques. — On peut déterminer le poids de Peau contenue dans l’air par une véritable analyse chimique. On fait circuler avec lenteur l’air à analyser dans une série de tubes en U contenant une substance avided’eau (du chlorure de calcium desséché ou de la pierre ponce imbibée d'acide sulfurique). Toute l’humidité est absorbée dans le passage. Les tubes sont pesés avant et après; leur augmentation de poids p représente le poids de la vapeur d’eau.
La circulation de l’air à travers les tubes desséchants est ordinairement déterminée par l’écoulement de l’eau contenue dans un gazomètre aspirateur.
Soient :
p. L'augmentation de poids des tubes desséchants.
V, Le volume d’eau écoulée.
H. La pression barométrique.
F, La tension maximum de l’eau à la température #,
t. La température de l’enceinte et celle du gazomètre,
a. Le coefficient de dilatation de l’air.
f. La force élastique de la vapeur d’eau atmosphérique.
La relation.
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permet de calculer fet par suite Le
La méthode chimique est parfaite en principe ; Les résultats qu'elle fournit, ne dépendant que de déterminations de poids et de volumes, peuvent atteindre une grande pré-
cision. Mais son emploi, qui oblige à une manipulation longue, a dû être abandonné pour les opérations cou-
rantes.
IT. Hygromètre à cheveu de de Saussure. — Certaines matières d’origine animale, les cheveux par exemple, sont hygroscopiques, c’est-à-dire absorbent l'humidité atmosphérique ; en même temps leur volume change. Les cheveux ne changent pas sensiblement de longueur par l'effet de la chaleur, mais ils s’allongent par l'effet de l’humidité. De Saussure imagina de les employer à mesurer le degré d'humidité de l’atmosphère et conistruisit le premier
hygromètre.
Un cheveu bien dégraissé est fixé verticalement par son extrémité supérieure d’une façon invariable ; l'extrémité inférieure s’enroule sur une poulie et est terminée par un petit poids en laiton. La poulie porte une aiguille. Celleci se meut sur un cadran et accuse les moindres déplacements angulaires de la poulie. Comme cette dernière participe à tous les mouvements d’allongement ou de raccoureissement du cheveu, il est clair que les mouvements de l'aiguille sur le cadran indiqueront les variations de l’humidité atmosphérique.
La graduation de l’hygromètre à cheveu est incertaine. De Saussure pensa d’abord qu’il suffisait, l'appareil étant en observation sous une cloche, d'introduire successivement à côté de lui du carbonate de potasse desséché (corps avide d'humidité) et une assiette remplie d’eau, de marquer au point où lPasguille se place en équilibre 0° dans le
ir PÈRE fes.
premier cas, 100° dans Le second, et de diviser l'intervalle du cadran compris entre ces deux points en cent divisions égales. Mais les indications de l'instrument ainsi gradué ne correspondent en rien à l’état hygrométrique réel; ce qui tient à ce que l'allongement du cheveu n’est point proportionnel aux degrés hygrométriques.
Gay-Lussac et Regnaultcherchèrent ensuite à construire des tables de correspondance permettant de déduire des indications de l’hygromètre l’état hygrométrique vrai, La méthode employée par les deux savants est identique ; elle consiste à placer l'hygromètre sous une cloche amenée à un état hygrométrique déterminé et à noter les indications de l'instrument en regard des degrés d'humidité exacts. Pour amener l’atmosphère de la cloche à des états hygrométriques déterminés, Gay-Lussac employait une série de dissolutions salines de diverses concentrations (on sait que la diminution de la force élastique d’une dissolution est sensiblement proportionselle à la quantité de sel dissout (Wüllner) ; Regnault employait dans le même but de l’acide sulfurique à divers degrés de dissolution.
Même en observant ces précautions, M. Regnault a montré que les instruments construits avec des cheveux d'origine diverse ne sont point entièrement comparables. Il y a plus; le même hygromètre éprouve à la longue des modifications telles, que, replacé dans les mêmes conditions d'humidité, il ne reproduit pas les premières indications ; en un mot il ne demeure pas absolument comparable avec lui-même.
L'hygromètre à cheveu est un excellent Aygrascope, mais un hygromètre d’une exactitude douteuse.
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IT RUT: ygromètres de condensation. — Le principe des hygromètres de condensation est très ingénieux, Supposons de l’air à la température T contenant de la vapeur d’eau dont la force élastique f est inconnue. Refroïdissons graduellement une petite portion de la masse ou ce qui revient au même un corps solide placé au milieu d’elle, Il ne se produira aucun phénomène apparent jusqu'au moment où la température devenue 4, la force élastique maximum de la vapeur d'eau composante sera précisé ment /. À partir de ce moment le plus petit abaissement de température entraînera la condensation d’une portion de la vapeur d’eau dans la tranche d’air refroidie et sur le corps solide la précipitation de la rosée. Or, l’apparition de ce phénomène, le point de rosée, comme on l’appelle, est facile à constater avec exactitude ainsi que la température f à laquelle ilse produit. La tension maximum de la vapeur d’eau qui correspond à cette température 4, c'est-à dire /; ainsi que la tension maximum F qui correspond à la température T, se trouvent dans les tables de Regnault. On peut donc calculer L ou l’état hygro métrique. |
Le premier emploi de cette méthode paraît dû à M. Leroy (de Montpellier), qui refroidissait dans l’air un vase plein d’eau en y jetant successivement de petits morceaux de glace et observait le moment où le dépôt de rosée commençait à se produire à sa surface,
De nombreux perfectionnements successifs ont été apportés à ce procédé par beaucoup de physiciens, principalement Daniell, Regnault, Alluard, Bourbouze, etc.
Actuellement le dépôt de la rosée s’effectue à la surface d’un tube métallique brillant (argent, or, palladium), ce qui permet d'apprécier le point de rosée avec une extrême délicatesse. Le tube métallique reçoit à son intérieur de l’éther et ce dernier traversé par un courant d'air produit à volonté le refroidissement que l’on suit avec un thermomêtre sensible dont le réservoir est disposé de manière à donner exactement la température de la surface métallique polie.
Avec les dispositions actuelles lès hygromètres de condensation donnent d’une manière rapide et précise toutes les indications nécessaires concernant l’humidité atmosphérique.
D’autres méthodes, notamment celles des psychromé tres, ont été employées pour déterminer l’eau atmosphérique, mais leur emploi ne possède pas l’importance et la rigueur des procédés qui précèdent ; nous les passerons donc sous silence. |
IT. Moyennes hygrométriques —- Variations de l'humidité atmosphérique — Rôle de l'humidité atmosphérique dans la physique du globe, la météorologie, la physiologie végétale et animale, la pathologie.
L'état hygrométrique en un lieu donné étant déterminé par l’une des méthodes précédentes, on constatera ordinairement que cette fonction varie dans l'intervalle d’une même journée. Elle diminue ordinairement à Paris jusque vers deux à trois heures du soir, où elle est
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minimum, et augmente ensuite jusque trois à quatre heures du matin, où elle passe par un maximum.
La moyenne des observations faites pendant le même jour donnera l’état hygrométrique moyen de la journée. On établira semblablement les moyennes hygrométriques mensuelles et annuelles, facteurs importants des climats.
Voici les moyennes mensuelles observées à Halle (Saxe) (moyenne d’une longue période d’années).
Janv. Févr. Mars. Avril. Mai. Juin. Juillet. Août. Sept, Oct. Nov. Déc.
(Extrait de la Chimie appliquée à la Physiwlogie, de M. A. Gautier.)
Voici la moyenne mensuelle observée à l'Observatoire de Montsouris en l’année 1884-85,
Oct. Nov. Déc. Janv. Fév. Mars. Avril. Mai. Juin. Juillet. Août. Sept.
On voit d'une façon générale que c’est en novembre, décembre et janvier que l'air est le plus humecté et qu’il est le plus loin de son point de saturation en juillet et en août,
Les mers et les cours d’eau sont l’origine principale de la vapeur d’eau atmosphérique. Dans leur voisinage l’air est saturé d’humidité et jusqu’à une certaine distance dans l’intérieur des terres « /e vent marin » entretient, quand il souffle, un état hygrométrique élevé. En pénétrant plus
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avant dans les continents les courants aériens précipitent une partie de leur vapeur d’eau à l’état de pluie. L'intérieur des continents est donc d’une manière générale plus sec que le littoral. Cependant il s’en faut que l’air approche encore de la sécheresse absolue, Son
état hygrométrique descend rarement dans nos climats au-dessous de 0,40.
Les points de notre continent les plus secs sont les lieux élevés où la froideur de l’atmosphère et le voisivage des glaces condensent presque totalement la vapeur d'eau atmosphérique. Les stations de phthisiques à Davos et dans la Haute-Engadine offrent, paraît-il, une sécheresse remarquable.
La présence de la vapeur d’eau dans l'atmosphère est en relation avec un grand nombre de faits intéressant la physique du globe et la météorologie.
On sait que parmi les raies de Frauenhofer il en est un certain nombre qui, apparentes au lever et au coucher du jour, s’affaiblissent quand le soleil est élevé au-dessus de l'horizon. Elles s’éteignent presque complètement au sommet des montagnes. Brewster a rattaché leur présence à l'absorption de la lumière par les gaz ou vapeurs de l’atmosphère et les a nommées pour cette raison « raies atmosphériques. » Quelles sont celles de ces raies qui doivent être attribuées à la vapeur d’eau? C’est le problème qu’étudient de savants physiciens, entre autres MM. Janssen et Cornu. Le spectre d’absorpüon de la vapeur d’eau n’est point encore parfaitement connu.
