Auteur : département technique Mycond
Vous êtes-vous déjà demandé d’où viennent les gouttelettes d’eau sur un verre d’eau froide un jour de grande chaleur ? En quelques minutes après avoir sorti le verre du réfrigérateur, sa surface se couvre de condensation. Ce n’est pas de la magie, mais un exemple des processus physiques étudiés par la psychrométrie.
La psychrométrie est la science des propriétés et du comportement de l’air humide, une sorte de « notice d’utilisation » pour l’air contenant de la vapeur d’eau. Pour les ingénieurs CVC, comprendre la psychrométrie est aussi essentiel que les mathématiques pour un comptable.
La connaissance de la psychrométrie aide à résoudre de nombreuses tâches pratiques : calculer la quantité d’eau qui se condense sur les installations frigorifiques d’un supermarché ; déterminer la température et l’humidité optimales pour les bureaux ; comprendre pourquoi, en hiver, l’humidité est si basse dans l’appartement que les lèvres se gercent ; prévenir l’apparition de moisissures dans la salle de bains ; calculer l’énergie nécessaire pour déshumidifier l’air dans une production pharmaceutique.
Sept paramètres clés de l’air humide
Pour décrire complètement l’état de l’air, il est nécessaire de connaître plusieurs caractéristiques interdépendantes. Imaginons 1 kilogramme d’air dans une boîte invisible d’une pièce d’habitation typique : température 21 °C, humidité relative 50 %. Passons en revue les paramètres clés de cet air.
Température de bulbe sec (Dry Bulb Temperature)
C’est la température ordinaire de l’air, mesurée avec un thermomètre classique. Notée t ou T, exprimée en °C. Quand nous disons « il fait +21 °C dans la pièce », nous parlons précisément de la température de bulbe sec. Sur le diagramme psychrométrique, elle est placée sur l’axe horizontal en bas, augmentant de gauche à droite. C’est le paramètre principal du confort thermique : on se sent le mieux à 20–24 °C en hiver et 23–26 °C en été.
Humidité relative (Relative Humidity)
C’est le pourcentage de la quantité maximale de vapeur d’eau que l’air peut contenir à une température donnée. Particularité importante : le terme « relative » signifie que ce paramètre dépend de la température — source de nombreuses incompréhensions. Notée HR ou φ, exprimée en pourcentage (%).
Exemple simple avec une éponge : à 21 °C, l’éponge peut contenir au maximum 100 unités d’eau (100 % d’humidité) ; si elle en contient 50, cela correspond à 50 % HR. Si cette même éponge est chauffée à 30 °C, elle peut déjà contenir 200 unités, mais il y a toujours 50 unités d’eau, donc l’HR devient 50/200 = 25 %.
Il est important de comprendre qu’en hiver, l’air extérieur est froid (par exemple, −5 °C, 80 % HR). Lorsque nous l’introduisons dans la maison et le chauffons à 21 °C, l’humidité relative chute à 15–20 %. Voilà pourquoi les appartements sont si secs en hiver. La plage de 40–60 % HR est considérée comme confortable.
Rapport d’humidité (Humidity Ratio, Specific Humidity)
C’est la quantité physique réelle de vapeur d’eau en grammes par kilogramme d’air sec. Notée d ou w ou x, exprimée en g/kg. Contrairement à l’humidité relative, le rapport d’humidité ne dépend pas de la température — c’est une grandeur absolue.
Dans notre exemple : température 21 °C, HR 50 %, rapport d’humidité 7,8 g/kg. Cela signifie que 1 kg d’air sec contient 7,8 g de vapeur d’eau. Si l’on chauffe cet air à 30 °C, le rapport d’humidité reste identique — 7,8 g/kg, mais l’HR diminue à ~27 %.
Le rapport d’humidité est extrêmement important pour le calcul du fonctionnement des déshumidificateurs. La formule pour calculer la quantité d’eau à retirer est : Quantité d’eau (kg/h) = Débit d’air (kg/h) × Différence de rapport d’humidité (g/kg) / 1000.
Température du point de rosée (Dew Point Temperature)
C’est la température à laquelle il faut refroidir l’air pour qu’il devienne saturé (100 % HR) et que l’humidité commence à se condenser. Notée Td, exprimée en °C.
Exemple de la vie courante — le verre d’eau froide : lorsque la température de la surface du verre descend en dessous du point de rosée de l’air ambiant, la vapeur se condense en gouttelettes sur le verre.
Dans notre exemple : air à 21 °C, 50 % HR, 7,8 g/kg, le point de rosée est de +10 °C. Cela signifie que si une surface dans la pièce a une température de +10 °C ou moins (par exemple, une canalisation froide), l’humidité s’y condensera inévitablement.
Pour les ingénieurs, comprendre le point de rosée est crucial pour éviter la condensation sur les fenêtres et la condensation cachée dans les murs, qui conduit au gel, aux moisissures et à la dégradation des structures du bâtiment.
Le diagramme psychrométrique — la carte de l’air humide
Les sept paramètres de l’air humide (nous en avons examiné quatre) sont étroitement liés entre eux. Le diagramme psychrométrique (diagramme de Mollier) est un outil graphique qui montre visuellement toutes ces relations simultanément.
Règle de base d’utilisation du diagramme : si vous connaissez n’importe quels DEUX paramètres, vous pouvez déterminer tous les autres. Par exemple, en connaissant une température de 21 °C et une humidité relative de 50 %, vous pouvez déterminer que le rapport d’humidité est de 7,8 g/kg, le point de rosée de +10 °C, l’enthalpie de 41 kJ/kg et la température de bulbe humide de 15 °C.
Exemples pratiques pour les ingénieurs CVC
Examinons quelques exemples pratiques qui montrent comment appliquer la psychrométrie dans des tâches d’ingénierie réelles.
Refroidissement et déshumidification de l’air par un climatiseur
Tâche : l’air extérieur avec des paramètres de 32 °C et 70 % HR doit être refroidi à 18 °C. En utilisant le diagramme psychrométrique, nous déterminons que le rapport d’humidité initial est de 21 g/kg et que le point de rosée est de 26 °C.
Lorsque l’air traverse l’évaporateur à une température de surface de +8 °C, il est d’abord refroidi en conservant le même rapport d’humidité. À l’atteinte du point de rosée (26 °C), la condensation commence et le refroidissement se poursuit ensuite le long de la ligne de saturation (100 % HR).
Au final, on élimine 14,5 g d’humidité par kilogramme d’air. Pour un débit de 1000 m³/h, cela représente environ 17,4 litres de condensat par heure. L’énergie nécessaire pour un tel refroidissement est d’environ 21 kW.
Pourquoi l’air est-il sec dans les appartements en hiver
Situation typique en hiver : à l’extérieur −5 °C avec une humidité relative de 80 %. Cet air, en entrant dans l’appartement, est chauffé à 21 °C. D’après le diagramme psychrométrique, l’air extérieur a un rapport d’humidité de 2,2 g/kg.
En le chauffant à 21 °C, le rapport d’humidité reste inchangé, mais l’humidité relative chute à 14 % — extrêmement sec ! La raison n’est pas une faible humidité dehors (elle est assez élevée — 80 %), mais le fait que l’air froid contient physiquement peu d’eau. En le chauffant, cette petite quantité d’eau se « dissout » dans un grand volume d’air chaud, donnant une faible humidité relative.
FAQ sur la psychrométrie
Qu’est-ce que la psychrométrie en termes simples ?
La psychrométrie est la science qui étudie les propriétés du mélange air et vapeur d’eau (air humide) et les processus qui se produisent avec ce mélange. C’est comme la « physique de l’air », qui aide les ingénieurs à concevoir correctement les systèmes de climatisation, de chauffage et de ventilation.
Pourquoi l’humidité relative n’indique-t-elle pas la quantité réelle d’eau dans l’air ?
L’humidité relative (HR) n’indique pas combien d’eau contient l’air, mais quel pourcentage de la quantité maximale possible à la température donnée. Par exemple, un air à 90 % HR à 0 °C contient bien moins d’eau qu’un air à 40 % HR à 30 °C. Pour déterminer la quantité réelle d’eau, on utilise le rapport d’humidité (g/kg).
Comment déterminer rapidement le point de rosée sans diagramme ?
Il existe une formule simplifiée : Td ≈ T - ((100 - HR) / 5), où Td est le point de rosée, T la température, HR l’humidité relative. Par exemple, pour T=21 °C et HR=50 % : Td ≈ 21 - ((100-50)/5) = 21-10 = 11 °C (valeur exacte +10,2 °C, erreur inférieure à 1 °C).
Quelle est la différence entre chaleur sensible et chaleur latente ?
La chaleur sensible est la chaleur qui modifie la température de l’air sans changer son rapport d’humidité. La chaleur latente est l’énergie contenue dans la vapeur d’eau et dépensée pour son évaporation. Lors de la condensation de la vapeur, cette chaleur est libérée, ce qu’il est important de prendre en compte lors de la conception des systèmes de climatisation.
Pourquoi un ingénieur CVC a besoin de la psychrométrie
Comprendre la psychrométrie donne à l’ingénieur CVC quatre avantages clés :
- Conception des systèmes : sans psychrométrie, il est impossible de calculer correctement la puissance frigorifique des climatiseurs, la capacité des déshumidificateurs, la puissance des humidificateurs et les paramètres des systèmes de ventilation.
- Économie d’énergie : le diagramme psychrométrique permet de définir la stratégie optimale de traitement de l’air, de trouver des possibilités de refroidissement gratuit/free-cooling et de déshumidification, d’évaluer l’efficacité des récupérateurs.
- Prévention des problèmes : comprendre le point de rosée permet d’éviter la condensation dans les systèmes de ventilation, le gel des parois, le développement de moisissures et la corrosion des équipements.
- Contrôle de la qualité de l’air : la bonne combinaison de température et d’humidité assure le confort des personnes, la conservation des matériaux et des équipements, et le respect des exigences technologiques en production.
Règle fondamentale de la psychrométrie : pour définir complètement l’état de l’air, il faut connaître au minimum DEUX paramètres — tous les autres peuvent être obtenus grâce au diagramme. Les combinaisons les plus utiles : température + humidité relative (les plus faciles à mesurer), température + point de rosée (le mieux pour contrôler la condensation), température + rapport d’humidité (le mieux pour calculer la déshumidification).
La psychrométrie n’est pas une théorie abstraite, mais un outil quotidien de l’ingénieur, qui aide à prendre les bonnes décisions, à économiser l’énergie et l’argent des clients, et à créer des conditions intérieures confortables et sûres.
