LA MESURE DE L’HUMIDITE RELATIVE

 

Dans l’élaboration de la neige de culture les facteurs climatiques sont déterminants. Ils sont au nombre de trois :
1. La pression atmosphérique.
2. La température.
3. L’Humidité Relative.

Nous traiterons ici de l’aspect le plus méconnu en l’occurrence de l’humidité. La vie existe sur terre car il y a de l’eau. Celle-ci se retrouve dans l’air sous forme de vapeur d’eau. Elle se manifeste à nous sous diverses formes parmi celles-ci citons les nuages, le brouillard, le gel et la rosée. Même quand elle nous est invisible la vapeur d’eau est omniprésente. La première chose dont il faut se souvenir en toute circonstance c’est que l’Humidité est un GAZ incolore inodore, mais que l’on peut « percevoir physiologiquement » par excès de transpiration si l’air est très humide, même s’il ne fait pas forcement chaud, par des douleurs à la gorge (en fait les cordes vocales sont irritées) quand l’air est trop sec …..

Comme vous l’avez sûrement noté je n’ai parlé ici que d’humidité, mais alors pourquoi avoir introduit plus haut la notion d’humidité relative. Là le raisonnement devient un tantinet plus pointu. Commençons par le début et quelques définitions.

1-QUELQUES DEFINITIONS

1,1- AIR SEC
L’air sec est un mélange de gaz contenant principalement de l’azote de l’oxygène, de l’argon, du gaz carbonique et, en faibles quantités, un certain nombre d’autres gaz (néon, hélium, krypton, hydrogène, etc.). Les proportions de ces différents gaz, tout en variant légèrement en fonction du temps et du lieu, peuvent être considérées en première approximation comme constantes (air de référence).

1,2- AIR HUMIDE
L’air humide est un mélange en proportions variables d’air sec et de vapeur d’eau. Il est à noter que la vapeur d’eau est de l’eau à l’état gazeux, la présence d’eau sous forme liquide en suspension (brouillard) n’intervient pas dans la notion d’air humide et n’entre pas dans le cadre de ce document ; la présence d’eau en suspension peut même constituer un élément perturbateur pour les mesures d’humidité.

1,3- AIR SATURE
L’air saturé correspond à un air humide, à une température et à une pression données, dont la quantité de vapeur d’eau qu’il contient est telle que toute quantité de vapeur d’eau supplémentaire ne peut apparaître que sous forme liquide ou solide.

Pour illustrer le propos considérons une boite d’un volume de 1m3 d’air qui contient de l’air, en fait de l’azote (80%) de l’Oxygène (19%) et bien d’autres gaz, plus ou moins sympathiques d’ailleurs, ainsi que de la vapeur d’eau qui est la résultante de la combinaison de 2 molécules d’Hydrogène associées avec une molécule d’eau d’Oxygène, le fameux H2O.


2-HUMIDITE RELATIVE

Considérons que ce volume d’air a été prélevé au niveau de la mer à 20°C , et qu’il contient une masse de vapeur d’eau égale à 4.14 gr de vapeur d’eau (cette valeur est appelée Humidité Absolue). L'humidité relative est mesurée en comparant la masse réelle de la vapeur d’eau à la masse de la vapeur dans l'air saturé à la même température. Par exemple, l'air à 20°C°C contient 8.28 g/m3 (grammes par mètre cube) de vapeur d'eau une fois saturée. Si l'air à cette température contient seulement 4,14 g/m3 de vapeur d'eau, alors l'humidité relative est 50%. Simple, n’est-ce-pas…. !

Conclusions : l’humidité relative est une valeur, on dit un ratio exprimé en %, qui indique la proportion de vapeur d’eau à une température donnée que contient l’air par rapport à la quantité maximum que celui-ci pourrait contenir avant saturation.

3-COMMENT LA MESURER. ?

1- il faut un matériau hygroscopique. Un matériau qui puisse absorber et restituer la vapeur d’eau.
2- il faut que le fait d’absorber ou de restituer la vapeur d’eau puisse se traduire par la variation de quelque chose qui soit mesurable électriquement.
Pour cela on utilise l’effet capacitif (pour être plus précis la variation de capacité d’un condensateur), dont le diélectrique est sensible à l’humidité (le diélectrique est d’un polymère hygroscopique) On peut assimiler ce diélectrique à une éponge, si ne n’est que son épaisseur n’est ici que de quelques microns seulement.


taille réelle du capteur d’humidité modèle H6000
5x5mm épaisseur 125µm

 


TRANSMETTEUR d’HUMIDITE RELATIVE modèle T220


4-DIFFERENCES ENTRE UN CAPTEUR ET UN TRANMETTEUR

Il convient également de préciser la différence entre capteur et transmetteur. Un capteur fournit un signal de sortie « bas niveau » qui n’est pas en général exploitable que par l’utilisateur final, un transmetteur fournit un signal normalisé de « haut niveau » 4-20mA ou 0-10V par exemple.


Ci-dessus détail de la structure d’un capteur capacitif d’humidité
(NB : les échelles ne sont pas respectées)

Une couche de polymère diélectrique, absorbe les molécules d’eau de l’air ambiant de façon à se mettre en équilibre « humide » avec cet air. Cela provoque une modification de la constante diélectrique de cette couche, d’où une variation de la valeur de la capacité.

EVAPORATEUR SOUS VIDE


Le capteur d’humidité relative ainsi obtenu subit toute une série de test pour le qualifier puis il est assemblé sur un module de traitement du signal.

4-Dépendance de la température

Nous avons dit plus haut que la mesure de l’humidité relative est dépendante de la température. Elle augmente quand la température diminue. A l’inverse si la température augmente, l’humidité relative diminue. Quand on souhaite faire des étalonnages il faut que la température soit surtout stable depuis un certain temps pour que l’équilibre thermodynamique soit atteint.. Ceci explique que l’étalonnage, nous préférons parler de calibration, est long environ 10 heures sont nécessaires par isotherme pour calibrer

Le tableau ci-dessous indique l’erreur que nous commettons sur la mesure de la HR si la température varie de ±1°C. Exemple quantitatif : la température de l’air est 20°C et l’Humidité Relative est de 50% ( ce qui est le cas sous nos latitudes) si la sonde voit sa température changer de +1°C ( car elle est exposée directement aux rayons du soleil ce qu’il faut absolument proscrire) elle indiquera 53.2%C au lieu des 50% susmentionnés.

 

5- CONDITIONS POUR UNE BONNE MESURE DE LA HR*

*HR = Humidité Relative.
· Le transmetteur doit être installé loin des sources de température parasites à l’abri des rayons du soleil.
· Le flux d’air auquel il est soumis est « représentatif » du milieu dont on veut mesurer l’humidité.
· Il doit être éloigné de toutes sources de pollution, par exemple loin des groupes électrogène diesel …

6- MAINTENANCE.

La seule opération de maintenance est le nettoyage éventuel du filtre, car comme le disait LAPALISSE un filtre ça filtre par conséquent ça peut se colmater. ….( Il nous est arrivé de trouver des moucherons)
Il faut éviter de graisser ou nettoyer une pièce mécanique, un contact électrique à l’aide d’aérosol, certains gaz propulseurs comme le propane sont à proscrire.
Même si c’est tentant on ne nettoie pas le capteur avec un chiffon ou un Qtips, on le trempe dans de l’eau déminéralisée et on le laisse sécher à l’air libre. (voir FAQ du site www.gefran.fr)

7- CONTROLE.

Pour contrôler un transmetteur d’humidité il faut générer de l’humidité avec précision et ce à une température constante et bien connue, ce n’est pas simple. Faire un contrôle in situ c’est rigoureusement impossible. Si l’on dispose d’une pièce où la température est contrôlée on peut utiliser des kits de contrôle à base de solutions salines saturées d’une mise en œuvre somme toute aisée. Pour plus détails je vous renvoie au site www.gefran.fr.

8-RECALIBRATION.

Question : Est-il nécessaire de Re-calibrer les Transmetteurs d'Humidité Relative. ?

Réponse : OUI. Comme pour tous les capteurs et transmetteurs de gaz, n’oublions pas que la vapeur d’eau que nous mesurons est un gaz, Il est nécessaire de recalibrer périodiquement les transmetteurs d'humidité relative, car sur une période plus ou moins longue de temps l'élément de mesure dérive.
Eu égard à notre expérience la périodicité à laquelle cette opération doit être faite dépend :
- Des conditions environnementales de pollution, poussières, agents chimiques, etc…
- Des conditions de température et d'humidité relative.

En montagne les gaz interférents ou polluants sont peu présents, les dérives résultent principalement du vieillissement physiologique normal de l’élément sensible.


Conclusions : Pour en savoir plus sur la mesure de l’humidité ils existent de nombreux sites français et anglo-saxons qui vous parleront de Dew Point, d’Enthalpie de Mixing Ratio de Vapeur de Pression Saturante etc… pour ma part je m’en suis tenu au à l’essentiel.

Et bonne neige à tous…


J PUGLISI
GEFRAN CORECI.

l' A.N.P.N.C.

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