Comment passer de l’eau sous forme de gaz à l’eau liquide ?

Presque chaque matin nous pouvons l’observer, nous pouvons la voir apparaître sur des plantes; nous parlons bien évidemment de la rosée matinale. Ne vous êtes-vous jamais demandés comment elle fait chaque matin pour être au rendez-vous dans votre jardin, sur votre toit, sur votre table ou sur tout objet situé à l’extérieur de votre maison ? Nous allons aujourd’hui vous l’expliquer.

Pour commencer, nous allons devoir vous préciser du vocabulaire et les éléments clés qui permettent la compréhension de ce phénomène. Tout d’abord, il y a la notion de vapeur d’eau saturante; cela correspond à la quantité maximale de vapeur d’eau que peut contenir l’atmosphère à un endroit donné. Cette quantité maximale varie en fonction de la température et plus il fait chaud, plus l’air peut contenir d’eau.

Voici un graphique présentant l’évolution de la vapeur d’eau saturante dans l’air en fonction de la température:

 

Cela nous amène à la notion d’humidité relative: selon une température donnée, nous venons de définir un maximum de vapeur d’eau que peut contenir l’atmosphère. Ce maximum correspond à 100% d’humidité relative; ainsi, si l’air contient la moitié de sa capacité maximale en vapeur d’eau, l’humidité relative est de 50%. Comme la vapeur d’eau saturante varie avec la température, c’est aussi le cas de l’humidité relative.

Le diagramme qui suit s’appelle diagramme de Mollier du nom de son créateur Richard Mollier, qui était un physicien et ingénieur allemand:

 

Sur ce graphique, nous pouvons observer l’évolution de l’humidité relative en fonction de la température et de la quantité d’eau dans l’air. Nous remarquons que lorsque l’ air contient environ 8g d’eau à une température de 10°C (point B), l’humidité relative est de 100%. Pour la même concentration en eau mais une température de 21°C (point A), l’humidité relative n’est plus qu’à 50%. Les deux points A et B mettent en évidence le fait que l’humidité relative varie grandement en fonction de la température.

       À partir des deux notions présentées ci-dessus, nous pouvons maintenant expliquer le fonctionnement du phénomène de rosée. Il faut comprendre que lorsque l’air est saturé en vapeur d’eau, de l’eau sous forme liquide apparaît. Cela veut dire que lorsque l’humidité relative est à 100% sur un endroit donné, de l’eau liquide est produite. Cette température à partir de laquelle l’eau est produite s’appelle le point de rosée. Celui-ci varie en fonction de l’humidité relative et donc de la température de l’air. Ce graphique présente l’évolution du point de rosée (dewpoint) en fonction de la température (air temperature) et de l’humidité relative (relative humidity):

 

     

 Sur ce graphique, nous pouvons remarquer que pour une température ambiante de 20°C et une humidité relative de 30% (point A) , le point de rosée est de 2°C alors qu’il est de 15°C à la même température ambiante mais avec une humidité relative de 70% (point B). Les deux points A et B mettent en évidence le fait que le point de rosée varie grandement en fonction de l’humidité relative.

      Grâce à Heinrich Gustav Magnus, physicien et chimiste allemand, ce point de rosée peut être calculé par la formule:

 

Tr: Point de rosée en °C

Hr: Humidité relative

T: Température en °C

       Malheureusement, l’air ne se situe jamais (ou presque) à la température du point de rosée (sinon, il y a formation de brouillard). L’eau se forme donc au niveau d’un support, qui peut être naturel (les plantes, les roches…) ou créé par l’homme (des planches de bois, de la tôle…). La seule caractéristique obligatoire du support est qu’il doit pouvoir être plus froid que l’air de l’environnement afin que l’air autour de ce support soit également plus froid et qu’il atteigne la température du point de rosée. Ainsi l’air autour du support sature en vapeur d’eau et de l’eau liquide est formée sur le support.

      Sur ces animations, nous avons fait une simulation de la production d’eau pour une température de 65°C. La température du support diminue jusqu’à atteindre la vapeur d’eau saturante: