CHAPITRE XI

HYGROMETRIE.

751. Définitions préliminaires. — 1° Objet de l'hygrométrie. On appelle hygrométrie la partie de la physique qui a pour objet la détermination de la proportion de vapeur d'eau contenue soit dans l'atmosphère, soit dans un volume d'air limité. Cette quantité est très variable ; mais l'air n'est jamais saturé de vapeur d'eau, du moins dans nos climats. Il n'est non plus jamais complètement sec; car si l'on y expose des substances hygroscopiques, c'est-àdire ayant une grande affinité pour l'eau, comme le chlorure de calcium, l'acide sulfurique, en tout temps elles absorbent de la vapeur d'eau.

Le degré d'humidité de l'atmosphère ne dépend pas de la quantité absolue de vapeur d'eau qu'elle contient, mais de la tension de cette vapeur. L'air, lorsqu'il est froid, peut être très humide avec peu de vapeur, et très sec, au contraire, avec une plus grande quantité, lorsqu'il est chaud. Ainsi, l'air contient, en général, plus de vapeur d'eau l'été que l'hiver, et cependant il est moins humide, parce que, la température étant plus élevée, la vapeur est plus loin de son point de saturation. De même, lorsqu'on chauffe un appartement, on ne diminue point la quantité de vapeur qui est dans l'air; maison diminue l'humidité de celui-ci, parce qu'on en recule le point de saturation. L'air peut même devenir alors assez sec pour nuire à l'économie animale1.

2° État hygrométrique, — L'air n'étant point, en général, saturé, on nomme état hygrométrique ou fraction de saturation de l'air, le rapport de la quantité actuelle de vapeur d'eau qu'il renferme à la quantité qu'il contiendrait s'il était saturé, à température égale.

Autre définition. — La loi de Mariotte s'appliquant aux vapeurs non saturées (68G), il en résulte qu'à égalité de température et de volume, le poids de la vapeur, dans un espace non saturé, croît comme la pression, et, par suite, comme la tension de cette même vapeur. On peut doue substituer au rapport des quantités de

1. C'est pour cela qu'il est bon, lorsqu'on se chauffe avec des poêles, de placer au-dessus des vases contenant de l'eau, dont l'évaporation prévient une desbiccation excessive de l'atmosphère.

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vapeur celui des forces élastiques correspondantes, et définir l'état hygrométrique de l'air le rapport entre la force élastique de la vapeur d'eau qu'il contient et la force élastique de celle qu'il contiendrait à la même température, s'il était saturé.

C'est-à-dire qu'en représentant par /"la tension de la vapeur qui est dans l'air, par F celle de la vapeur saturée à la même température, et par e l'état hygro-

f métrique, on a e = ^» d'où f=Fxe.

Conséquences. — I. La température ayant varié, l'air peut contenir la même quantité de vu peur, et cependant ne pas avoir le même état hygrométrique. En effet, lorsque la température s'élève, la force élastique de la vapeur que contiendrait l'air à l'état de saturation, croît plus rapidement que la force élastique de la vapeur qui se trouve actuellement dans l'air, et alors le rapport de ces deux tensions, ou l'état hygrométrique, devient plus petit.

II. On verra bientôt (741, 1) comment de l'état hygrométrique on déduit le poids de la vapeur contenue dans un volume donné d'air.

5° Hygromètres. — On nomme hygromètres des instruments qui servent à déterminer l'état hygrométrique de l'air. On en a imaginé un fort grand nombre, qu'on peut rapporter à quatre espèces principales : les hygromètres chimiques, les hygromètres à absorption, les hygromètres à condensation, et les psychromèlres.

732. Hygromètre chimique. — L'hygromètre chimique est moins, «à proprement parler, un instrument qu'une méthode particulière d'hygrométrie.

Principe de la méthode. — Cette méthode consiste à faire passer un volume connu d'air sur une suhstance avide d'eau, sur du chlorure de calcium par exemple. Ayant pesé la suhstance avant le passage de l'air et la pesant après, on trouve un excès de poids, qui représente la vapeur qui était contenue dans l'air.

Soient p ce poids, Y le volume de l'air qui a passé par le tube desséchant, t la température, /' la tension actuelle de la vapeur, on a

p = V . 1^,292 . 0,622 . T~1— - • -JL' r 1 + o.t 7b0

Dans cette équation tout est déterminé directement, sauf f qu'on en déduit.

Opération. — Pour faire passer à volonté un volume d'air plus ou moins considérable, on dispose l'expérience comme le montre

la figure 750. Deux réservoirs de laiton A et B, identiques de construction et de capacité, servent successivement d'aspirateurs. A cet effet, ils sont fixés à un même axe autour duquel on les fait alternativement basculer. De plus, ils communiquent entre eux par une tubulure centrale, tandis que, par deux tubulures pratiquées dans Taxe, ils sont toujours en communication, le réservoir inférieur avec l'atmosphère, et le supérieur, par l'intermé-

Fig. 750.

diaire d'un tube de caoutchouc, avec une série de tubes M, N, remplis de chlorure de calcium ou de pierre ponce sulfurique. Le premier de ces tubes, N, est destiné à absorber la vapeur d'eau contenue dans l'air aspiré; le second, M, arrête la vapeur qui tend à passer des réservoirs dans le tube N.

Le réservoir inférieur étant plein d'eau et l'autre plein d'air, on fait basculer l'appareil, de manière que le liquide s'écoule lentement de A en B. Le vide se faisant en A, l'air rentre par les tubes N, M, et abandonne sa vapeur d'eau dans le premier. Quand toute l'eau s'est écoulée en B, on fait basculer de nouveau l'appareil ; le même écoulement recommence et le même volume d'air est aspiré à travers le tube N. Si la capacité de chaque réservoir est de 10 litres, et qu'on ait fait basculer cinq fois l'appareil, 50 litres

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d'air ont traversé le tube N et s'y sont desséchés. Si donc, avant l'expérience, on a pesé ce tube avec les matières qui sont dedans, et si on le pèse après, l'excès de poids donne la quantité de vapeur d'eau contenue dans 50 litres d'air au moment de l'expérience. De ce poids on déduit l'état hygrométrique de L'air. Ce procédé est le plus précis ; mais il n'est ni assez simple ni assez rapide pour servir aux observations météorologiques.

Calcul de l'expérience. — Le volume d'air fourni directement par l'appareil n'est pas celui qui doit être porté dans la formule ci-dessus. En effet, l'air qui est entré dans l'aspirateur s'y est saturé d'humidité à la température t de l'expérience ; il y a donc pris la pression H — F, F étant la tension maximum correspondante à la température t, et il y occupe le volume U. Or cet air avait dans l'atmosphère la pression H — f, et y occupait le volume V, dont nous avons besoin. La loi de Mariotte donne 3

V (H — f) = U (H — F), d'où V = U

755. Hygromètre à cheveu. — 1° Principe. — C'est le type des hygromètres à absorption. Ces instruments sont fondés sur la propriété qu'ont certaines substances organiques de s'allonger par l'humidité et de se raccourcir par la sécheresse. On a imaginé plusieurs hygromètres à absorption.

2° Description de V hygromètre de Saussure. — L'hygromètre à cheveu ou hygromètre de Saussure (du nom du physicien auquel il est dû) se compose d'un cheveu c, tendu sur un cadre de cuivre (fig. 751). Ce cheveu a été dégraissé préalablement dans une solution au centième de sous-carbonate de soude. On peut aussi le dégraisser en le plongeant dans de l'éther sulfurique pendant vingt-quatre heures, ainsi que l'a fait Regnault. S'il n'était pas dégraissé, il n'absorberait que peu de vapeur, et son allongement serait très faible, tandis que, débarrassé de toute matière grasse, il s'allonge rapidement en passant de la sécheresse à l'humidité.

Le cheveu c est maintenu, à son bout supérieur, par une pince serrée avec une vis de pression d. Cette pince s'élève ou s'abaisse, pour tendre le cheveu, au moyen d'une vis b dont l'écrou, placé au-dessus de a, est fixe. Si le cheveu était noué, il en résulterait une torsion qui rendrait rallongement irrégulier. A sa partie infé-

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rieure, il s'enroule sur une poulie à deux gorges o, à laquelle il est fixé. Sur la deuxième gorge s'enroule en sens contraire un fil de soie qui supporte un petit poids p. Enfin Taxe de la poulie porte une aiguille qui se meut sur un cadran gradué. Quand le cheveu se raccourcit, sa contraction relève l'aiguille ; lorsqu'il s'allonge, le poids p la fait descendre.

Graduation du cadran. — On marque zéro au point où, à la température ordinaire, l'aiguille s'arrête dans de l'air complètement desséché, et 100 au point où elle s'arrête dans de l'air saturé de vapeur d'eau; puis on partage l'intervalle compris entre ces deux points en 100 parties égales : ce sont les degrés de l'hygromètre.

Le zéro, ou point d'extrême sécheresse, se détermine en plaçant l'hygromètre sous une cloche de verre dont on dessèche l'air avec des substances très avides d'eau, comme le chlorure de calcium ou le carbonate de potasse calciné. L'air perdant peu à peu son humidité, le cheveu se raccourcit et l'ait tourner la poulie et son aiguille, mais très lentement. Au boni de quinze à vingt jours seulement, l'aiguille devient stationnaire, ce qui indique que l'air de la cloche est complètement desséché. On marque alors zéro sur le cadran, au point correspondant à l'aiguille.

On obtient le point d'extrême humidité en retirant les matières desséchantes de la cloche, et en mouillant ses parois avec de l'eau distillée. Celle-ci se vaporise, sature bientôt l'air de la cloche, et le cheveu s'allonge rapidement. Le contrepoids p fait alors tourner l'aiguille à l'opposé du zéro. En moins de deux heures, elle est devenue stationnaire : on marque 100 au point où elle s'arrête.

Remarques. — 1° D'après Saussure, un cheveu tendu par un poids de 3 décigrammes s'allonge, entre zéro et le degré 100 de ^ de sa longueur. Les cheveux blonds sont ceux dont l'allongement est le plus régulier.

2° On peut négliger les allongements du cheveu qui seraient dus aux variations de température, car la dilatation correspondante à une différence de 35° dans la température de l'air ne déplace l'aiguille que des | d'un degré de l'hygromètre. Abstraction faite de cette faible dilatation, on observe que, quelle que soit la température, l'aiguille de l'hygromètre revient toujours exactement au zéro dans l'air parfaitement sec, et au degré 100 dans l'air saturé : le cheveu absorbe donc toujours la même quantité d'eau, quelles que soient la température et la densité de la vapeur.

5° Les hygromètres à cheveu ont plusieurs inconvénients. Construits avec des cheveux de provenances diverses, ils ne sont pas comparables : leurs indications peuvent varier de plusieurs degrés, quoique étant d'accord aux deux points extrêmes. De plus, un même hygromètre ne reste pas comparable à lui-même, le cheveu s'allongeant par la tension prolongée du poids qu'il supporte. C'est pourquoi le meilleur système de graduation consiste en un cadran entier divisé, à zéro arbitraire, sur lequel on détermine de temps à autre la position des points d'extrême sécheresse et d'extrême humidité.