HUMIDITÉ

Les instruments de mesure du taux d’humidité de l’air

De nombreux instruments permettent d’évaluer plus ou moins précisément le taux d’humidité de l’air. Ils peuvent être classés en quatre catégories principales. La première est fondée sur une mesure des variations de masse, de volume, d’élasticité, de résonance acoustique ou électromagnétique, de conductivité électrique, de température, de couleur ou de transparence de matériaux ayant un fort pouvoir d’absorption de la vapeur d’eau. La deuxième s’appuie sur une évaluation de la capacité de l’air ambiant à évaporer plus ou moins rapidement une quantité d’eau liquide. La troisième est chargée d’évaluer la température de saturation de la vapeur d’eau. Enfin, la quatrième catégorie est fondée sur une mesure des perturbations apportées par les molécules de vapeur d’eau à la propagation des ondes électromagnétiques.

Psychromètre, mesure du taux d’humidité de l’air 

Le psychromètre à crécelle est doté d'une poignée qui permet de faire tourner ensemble deux thermomètres, dont de réservoir de l'un est maintenu sec alors que celui du second est entouré d'un linge humide. La rotation appliquée permet de ventiler les thermomètres. L'eau du linge... 

Crédits : G. Lachaud/ Météo-France

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Le gonflement du bois, l’allongement d’une corde ou la torsion de barbes d’épis d’avoine ont depuis longtemps été exploités comme une indication du degré d’humidité ou de sécheresse. Ainsi, vers 1450, l’Allemand Nicolas de Cues observe que le poids de la laine augmente lorsque l’air est humide et diminue lorsqu’il est sec. Il réalise alors les premières mesures d’humidité à l’aide d’une grande balance à plateaux.

Les hygromètres les plus simples fournissent la valeur de l’humidité relative à partir des variations de longueur de fils très fins, de diverses matières : coton, Nylon, baudruche (tissu membraneux provenant de l’intestin du bœuf) ou cheveux humains. Ces matériaux s’allongent lorsque l’humidité augmente et raccourcissent lorsqu’elle diminue.

Le capteur capacitif à couche mince exploite les variations de volume de certaines résines avec l’humidité. Il est composé de deux électrodes métalliques qui prennent en sandwich une lame de polymère hygroscopique pour former un condensateur. Lorsque le polymère absorbe des molécules d’eau, il grossit et écarte les électrodes, ce qui se traduit par une variation de capacité électrique, dont on déduit le taux d’humidité du milieu ambiant. Ce type de capteur est utilisé en particulier dans les stations météorologiques et dans les radiosondes installées sous des ballons météorologiques pour réaliser des mesures en altitude.

Le psychromètre est composé d’un thermomètre sec et d’un thermomètre mouillé par de l’eau contenue dans un petit réservoir. Si l’air est saturé, l’eau du réservoir ne s’évapore pas et les deux thermomètres indiquent la même température. Si l’air est sous-saturé, l’eau du réservoir s’évapore d’autant plus vite que l’air est sec, si bien que le thermomètre humide est refroidi. La différence de température enregistrée entre les deux thermomètres fournit ainsi une mesure du taux d’humidité de l’atmosphère.

Dans l’hygromètre à point de rosée, l’air ambiant est refroidi, à pression constante, afin que son humidité augmente jusqu’à la saturation et que des gouttelettes de rosée se forment. La température à laquelle ce phénomène se produit, ou température du point de rosée, est aussi la température de saturation de la vapeur d’eau contenue dans l’air. Connaissant la température ambiante, la température du point de rosée et la pression atmosphérique, il est alors facile d’en déduire le contenu en vapeur d’eau. Plusieurs instruments mettent en application ce principe en envoyant l’air échantillonné sur un miroir qui est refroidi jusqu’à ce que de la buée commence à se déposer. On enregistre alors sa température.


L’hygromètre à absorption infrarouge permet d’évaluer l’humidité absolue d’un volume d’air en mesurant le taux d'absorption d’un rayonnement électromagnétique émis à une fréquence sensible aux molécules d'eau qui entrent alors en vibration.

Le spectroradiomètre mesure les quantités de rayonnement électromagnétique absorbées ou émises par la vapeur d’eau à différentes longueurs d’onde. Installé à bord de satellites météorologiques pour observer le rayonnement émis par la Terre et par son atmosphère, il peut fournir des informations sur le profil vertical d’humidité de l’air.

Les radiomètres installés sur les satellites géostationnaires Météosat permettent ainsi d’évaluer les quantités de vapeur d'eau de la moyenne troposphère à partir des mesures d’absorption du rayonnement infrarouge de fréquences comprises entre 5,80 et 7,23 micromètres.

Les sondeurs I.A.S.I. (interféromètre atmosphérique de sondage dans l'infrarouge), installés sur les satellites défilants européens MetOp, observent le rayonnement infrarouge dans plus de 8 000 bandes de fréquence et permettent de mesurer des profils d'humidité de l’air avec une résolution verticale de 1 à 2 kilomètres et une précision de l'ordre de 10 p. 100. Ces mesures ont une performance inférieure à celles d’un radiosondage, mais présentent l’avantage de fournir des profils deux fois par jour, sur l’ensemble du globe.

Le réseau G.P.S. (global positioning system), développé pour la localisation et la navigation, est aussi utilisé pour mesurer la vapeur d’eau atmosphérique. En effet, les signaux micro-ondes émis depuis les satellites vers la Terre sont plus ou moins déviés et retardés au cours de leur trajet. Une mesure de ce retard associé à celui de la température et de la pression atmosphérique permet d’accéder à une évaluation du contenu en vapeur d’eau de l’atmosphère traversé.

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Vapeur d’eau atmosphérique
Crédits : Satellite and Information Service - NESDIS/ NOAA

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Humidité atmosphérique
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Psychromètre, mesure du taux d’humidité de l’air 
Crédits : G. Lachaud/ Météo-France

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