Chapitre 1

Humidité de l’atmosphère

1- Les nuages et les précipitations indiquent que l’atmosphère contient de l’eau ; cependant, il y a de la vapeur d’eau mélangée à l’air, même pendant une journée ensoleillée sans nuage. La teneur en vapeur d’eau varie et, même si l’on ne peut la constater aussi facilement que la température de l’air, on peut sentir la différence d’humidité d’une journée lourde et chaude comparée à celle d’une journée fraîche,

2- Il y a un échange d’énergie très important lorsque l’eau contenue dans l’atmosphère, sous forme de vapeur, se change en nuage, ce qui constitue la base de l’évolution du temps. A l’échelle du processus atmosphérique, la quantité d’énergie produite pendant cette évolution est loin d’être sans importance. Par exemple, l’énergie associée à un orage provient principalement de cette source et elle équivaut à 12 bombes atomiques du type de celle qui a rasé Hiroshima. Un ouragan libère presque autant d’énergie en une seule seconde.

Changements d’état

3- L’humidité contenue dans l’atmosphère résulte principalement de l’évaporation des océans et des lacs, ainsi que de la transpiration végétale.  Bien que l’humidité soit plus élevée à proximité de ces sources, elle se mélange dans la couche inférieure de l’atmosphère située entre vingt et quarante mille pieds. Etant donné qu’un nuage se forme lorsque la vapeur d’eau se transforme en gouttes liquides ou en cristaux de glace, ce n’est qu’à l’intérieur de cette couche qu’il y a des nuages et que des précipitations se produisent.

Figure 1-1 Source d'humidité dans l'atmosphère

4- Aux pressions et aux températures atmosphériques ordinaires, l’eau peut se changer en gaz, en liquide et en glace et vice-versa. Sous forme gazeuse, l’eau est dans un état d’énergie élevée, ses molécules se déplaçant librement et rapidement. Sous forme liquide, elle est dans un état énergétique moyen, et sous forme de glace, elle est dans un état de faible énergie, ses molécules ne se déplaçant que légèrement. L’eau sous forme de vapeur à haute énergie peut se condenser en liquide ayant une énergie moindre et rester à la même température. A mesure qu’elle passe à cet état de faible énergie, elle en libère une certaine quantité sous forme de chaleur dans l’atmosphère. Il s’agit de la chaleur latente de l’évaporation. Pendant le processus inverse lorsque le liquide se transforme en vapeur ou en gaz à la même température, il absorbe la même quantité d’énergie de l’atmosphère. C’est un phénomène identique qui cause le rafraîchissement de la peau par sudation. Dans ce cas, la chaleur requise pour faire évaporer la sueur provient de la surface cutanée, ce qui rafraîchit cette dernière.

Figure 1-2 Changement d'état.

5- Pendant  la transformation du liquide en glace, la chaleur est libérée dans l’atmosphère, pendant le changement de la glace en liquide, il y a absorption de chaleur. Dans ces cas, la chaleur acquise ou libérée est désignée ‘chaleur latente de fusion’ La glace peut se changer directement en vapeur d’eau et cette dernière peut se transformer directement en glace. Dans les deux cas, le processus s’appelle ‘sublimation’ et la chaleur acquise ou perdue est désignée ‘chaleur latente de sublimation’. Dans le processus de formation de la glace, la chaleur est libérée et elle est absorbée pendant la transformation en vapeur, elle est égale à la chaleur latente de la vaporisation ajoutée à la chaleur latente de la fusion. L’énergie dont il a déjà été question dans le cas des orages et des ouragans provient de la libération des diverses chaleurs latentes lorsque les vapeurs d’eau se transforment en goutte d’eau puis en cristaux de glace.

Contenu en vapeur d’eau

6- Il y a une limite à la quantité d’eau pouvant se trouver dans l’air sous forme de vapeur à une température  quelconque. Une fois cette limite atteinte, il y a saturation, tout refroidissement entraine une condensation et il y a formation de nuages. Ce phénomène est illustré 1-3 qui indique le contenu en vapeur d’eau lorsque l’air est saturé à différentes températures. Dans ce diagramme, on peut voir qu’à 30°C, il peut y avoir 30 grammes de vapeur d’eau dans un mètre cube d’air (point A) à 27, il ne peut y avoir que 25 grammes de vapeur d’eau par mètre cube (point B) à 60°C 7 grammes (point C) et à 30°C 6 grammes (D). Si la température baisse de 3 degrés, c'est-à-dire si elle passe de 30°C à 27°C, 5 grammes de vapeur d’eau par mètre cube se condensent. Une chute semblable de 3  degrés à partir de 6°C entraine la condensation d’un gramme seulement de vapeur d’eau par mètre. Le refroidissement de l’air saturé à des températures plus chaudes fait condenser plus de vapeur d’eau que le même refroidissement de l’air saturé à des températures plus froides.