Questions - Réponses

Sciences

A combien de degrés quand on souffle ça fait de la vapeur?

Question de Robert, 17 ans

Didier Perret

Réponse de Didier Perret

Docteur

Section de chimie et biochimie
Université de Genève

Vous marchez dans le grand froid, et votre souffle crée un petit nuage, puis vous rentrez dans votre appartement chaud, et hop, la buée vient opacifier vos lunettes! Mais que se passe-t-il donc dans ces deux situations, et toutes celles qu’on rencontre fréquemment?

Dans l’air qui nous entoure, de petites quantités d’eau (l’humidité de l’air) sont présentes sous forme de vapeur, c’est-à-dire sous forme de molécules gazeuses. La teneur maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir, qu’on appelle le "taux d’humidité relative", dépend (de manière non linéaire) de la température de l’air (et de sa pression, mais nous admettrons ici pour simplifier que nous sommes en plaine et non en altitude): plus la température de l’air est élevée (p.ex. en été), plus l’air peut contenir beaucoup de vapeur d’eau.

Par exemple, lorsque l’air est à 0°C (en hiver), un taux d’humidité relative de 100% (maximum de vapeur d’eau que cet air froid peut contenir; on dit que l’air est "saturé en eau") correspond à environ 6 grammes d’eau par mètre cube d’air. Lorsque l’air est à 10°C, il pourra contenir environ 8 g d’eau pour un taux d’humidité de 100%. A 20°C, l’air saturé contiendra environ 18 g d’eau. Et à 30°C (en été), l’air pourra contenir jusqu’à environ 30 g de vapeur d’eau. En-dessous de ces teneurs, on dit que l’air est "sous-saturé en eau", et au-dessus de ces teneurs, on dit que l’air est "sursaturé en eau".

Lorsqu’une masse d’air chaud (qui peut donc avoir une teneur élevée en eau) rencontre une surface froide, de la buée se formera si la température de la surface est plus petite que le "point de rosée". Le point de rosée est une température qui dépend de la température de l’air et de son taux d’humidité relative. Si on considère de l’air saturé en eau (taux d’humidité relative de 100%) à une température quelconque, le point de rosée est exactement égal à la température de l’air. Et si on considère de l’air sous-saturé en eau (taux d’humidité relative inférieur à 100%), le point de rosée sera plus bas que la température de l’air.

Par exemple, pour de l’air à 0°C saturé à 100% en eau, le point de rosée est de 0°C; si l’air à 0°C n’est qu’à 70% de taux d’humidité relative, son point de rosée n’est plus de 0°C mais de -15°C environ. Et avec une humidité de 40% (air très sec), le point de rosée sera de -22°C environ. Si l’air est à 20°C et 100% d’humidité, le point de rosée est de 20°C; si cet air est à 70% d’humidité, son point de rosée est de 14°C environ; et s’il est à 40% d’humidité, son point de rosée n’est plus qu’à 5°C environ.

En-dessous du point de rosée, c’est-à-dire lorsqu’une surface plus froide que le point de rosée est présente, l’air présent à un taux d’humidité relative donné se trouve subitement en sursaturation d’eau, et cette eau condense sous forme liquide: il y a alors formation de buée!

Reprenons l’exemple de la personne qui marche dans le grand froid. L’air qu’elle expire est certainement saturé en eau (puisque le processus de notre respiration consiste à aspirer de l’air pour consommer le dioxygène qu’il contient, et à expirer le dioxyde de carbone et l’eau que nous produisons), et à une température assez élevée (puisqu’il fait 36°C dans notre corps). En conséquence, cet air expiré chaud et saturé en eau contient "beaucoup d’eau"! Et dès que cet air expiré se trouve dans l’air ambiant froid, il passe de l’état "saturé en eau" à l’état "sursaturé en eau"; le point de rosée est atteint, la buée se forme, et on observe le petit nuage caractéristique des marcheurs dans le grand froid.

Et lorsque cette personne portant des lunettes refroidies par le grand froid entre subitement dans une pièce chaude dont l’atmosphère serait saturée en eau (ou proche de la saturation, p.ex. 70-80% de taux d’humidité relative), l’air chaud de l’appartement se retrouve tout de suite en condition de "sursaturation en eau" au contact avec les verres froids de la paire de lunettes; le point de rosée est atteint, la buée se forme sur les verres, et la personne n’y voit temporairement plus rien!

Deux points importants pour conclure: Premièrement, il aurait été beaucoup plus simple et rapide d’expliquer le phénomène en montrant les courbes de l’évolution de la teneur en eau en fonction de la température de l’air, et de l’évolution du point de rosée en fonction de l’humidité relative et de la température de l’air, mais le site de RTS Découverte ne permet actuellement pas de présenter des illustrations; dommage pour tout le monde! Deuxièmement, notre internaute aura certainement tout compris sur la formation de buée mais il n’obtiendra pas de réponse chiffrée, puisque la buée se forme en fonction de la température et de l’humidité de l’air!

9 janvier 2019

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