Sur les stations météo, on voit souvent affiché le taux d'humidité de l'air. En général, on voit une valeur de l'ordre de 40 % – 60%. Mais que se passerait-il si ce taux atteignait 100% ? Finirions-nous tous noyés ? Assurément non, mais alors, que représente ce « taux d'humidité » ?

Pour répondre à cette question, nous allons tout d'abord définir une autre notion, qui est la pression de vapeur saturante. Pour cela, imaginons que nous nous trouvons dans une pièce close et étanche d'un certain volume, et que nous faisons bouillir de l'eau à l'intérieur. L'eau bout, s'évapore, et se transforme en vapeur d'eau. Cependant, à un certain moment, l'air ambiant va être saturé de vapeur d'eau, il ne pourra plus en supporter davantage et celle-ci va commencer à se condenser pour reformer de l'eau liquide(1).
À ce moment-là, il y a équilibre entre la partie liquide de l'eau et sa partie gazeuse(2). Essayons de comprendre pourquoi.

Vous savez, ou si vous ne savez pas, vous saurez très bientôt, que le point d'ébullition d'un matériau dépend de la température et de la pression ambiante. À une pression de 1013 hPa, soit la pression « normale » au bord de la mer, la température d'ébullition de l'eau est de 100 ℃. Mais à une pression de 200 hPa, elle n'est plus que de 60 ℃ ! Ainsi, si vous placiez un morceau de glace sous une cloche où la température est maintenue à -30 ℃, vous pourriez, en baissant la pression, provoquer la sublimation de la glace, c'est-à-dire sa transformation en vapeur sans passer par la phase liquide.

En quoi cela est-il important ? Et bien, si on considère que la pièce dans laquelle on se trouve ne contient pas d'atmosphère c'est-à-dire qu'elle ne contient que de l'eau sous forme gazeuse et liquide, la quantité de vapeur d'eau qui y sera présente sera directement liée aux conditions de température et de pression qui y règnent, c'est-à-dire que l'eau s'évaporera jusqu'à ce que la pression dans l'habitacle, ainsi que la température, ait atteint une valeur d'équilibre, qui sera celle mentionnée plus haut. En effet, si il y a plus de vapeur d'eau que cette valeur d'équilibre, alors la pression sera trop élevée(3), et si la température reste constante, l'eau ne pourra pas se maintenir sous forme gazeuse, car elle se trouvera dans des conditions qui correspondent à sa forme liquide. Et inversement, si la pression est trop faible, elle va être forcée de s'évaporer. Les deux phénomènes vont ainsi se compenser jusqu'à atteindre une valeur d'équilibre.

La réalité, me direz-vous, est tout autre, puisqu'il y a une atmosphère qui nous entoure. Cependant, ça ne change quasiment rien au problème, puisqu'au lieu de considérer la pression de l'air ambiant, nous allons simplement considérer la pression partielle de l'eau dans l'air, c'est-à-dire la pression exercée par l'eau si elle était seule dans l'habitacle(4). Ainsi, quand la pression partielle de l'eau atteint la valeur mentionnée ci-dessus, le problème est tout à fait analogue, il y a équilibre entre phase gazeuse et phase liquide, et on ne peut plus former de vapeur d'eau, à moins de chauffer la pièce, ou de l'agrandir.

Si vous êtes encore là, rassurez-vous, on arrive au bout. Cette pression d'équilibre dont je parle depuis tout-à-l'heure, sans l'expliciter, est appelée pression de vapeur saturante(5) : c'est la pression partielle de vapeur à partir de laquelle l'air est saturé en vapeur. Elle dépend fortement, comme nous l'avons vu, de la température.

Et le rapport avec le taux d'humidité alors ? Et bien c'est simplement le rapport entre la pression partielle de vapeur d'eau et la pression de vapeur saturante de l'eau à la température ambiante, le tout en pourcentage.

Certains, à la lecture de cette phrase, se diront sûrement que l'article aurait été beaucoup moins indigeste, et bien plus court si on l'avait résumé en : « Le taux d'humidité de l'air est le rapport entre la quantité de vapeur d'eau présente dans l'air, et le taux maximum de vapeur d'eau que peut contenir l'air, à température ambiante ».
Mais, franchement, quel aurait été l'intérêt ?

  1. (1) ↑ Je vous déconseille d'essayer ça chez vous, car vous n'arriverez sûrement jamais à atteindre une saturation de l'air suffisante pour arrêter l'ébullition de l'eau, votre casserole sera vide bien avant.
  2. (2) ↑ Les physiciens parlent de « phase liquide » et « phase gazeuse ».
  3. (3) ↑ Car : plus de matière = plus de pression dans un même volume.
  4. (4) ↑ La pression partielle est donc la quantité de pression dont participe l'eau à la pression totale.
  5. (5) ↑ La revoilà !