Psychrometrie

B.T.S. F.E.D.
Lycée Edmond LABBE DOUAI
Fluides - Energie
Domotique
Climatisation-Module 2
Semestres 1&2- 50 heures
L’air dans tous ses états
F.Lefebvre version 2016

Fluides Energie Domotique
Enseignement Technique Professionnel : Climatisation module 2
le diagramme de l'air humide
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Origine de l’atmosphère terrestre
Les principaux constituants de l’atmosphère terrestre sont l’azote (78 p. 100) et
l’oxygène (21 p. 100).
C’est Lavoisier qui pour la première fois en 1774 détermina cette composition de l’air
(4/5 d’Azote et 1/5 d’Oxygène)
Les gaz atmosphériques contenus dans le 1 p. 100 restant (mis en évidence par le
physicien français Georges Claude) sont l’argon (0,9 p. 100), le dioxyde de carbone
(0,03 p. 100), de la vapeur d’eau en quantité variable et des traces d’hydrogène,
d’ozone, de méthane, de monoxyde de carbone, d’hélium, de néon, de krypton et de
xénon.
Composants mineurs et polluants
La proportion de vapeur d’eau contenue dans l’air peut varier sensiblement en fonction
de la température et de l’humidité relative. Pour une humidité relative de cent pour
cent, la teneur de l’air en vapeur d’eau oscille entre 190 parties par million (ppm) à -
40 °C et 42 000 ppm à 30 °C. D’autres gaz en quantités minimes tels que l’ammoniac,
l’hydrogène sulfuré, et les oxydes de soufre et d’azote sont des constituants
temporaires de l’atmosphère à proximité des volcans; Ces gaz sont éliminés de l’air par
la pluie ou la neige. Les oxydes et autres polluants rejetés dans l’atmosphère par les
usines, le chauffage domestique et les véhicules sont cependant devenus un réel sujet
de préoccupation compte tenu de leurs effets dévastateurs sous la forme de pluies
acides.
La forte augmentation du volume de méthane dans l’atmosphère est une autre cause
d’inquiétude. Les quantités de méthane ont augmenté de 11 p. 100 depuis 1978. Environ
80 p. 100 de ce gaz provient de phénomènes de décomposition dans les rizières, les
marais, les intestins des ruminants ou sont produits par les termites tropicaux. Outre
le fait qu’il accentue l’effet de serre, le méthane réduit le nombre d’ions hydroxyles
(radical OH) dans l’atmosphère, diminuant par-là même la capacité de l’atmosphère à
éliminer elle-même les polluants.
Structure de l’atmosphère
L’atmosphère peut être divisée en plusieurs couches.
Dans la couche la plus basse, la troposphère, la température diminue en général de
5,5 °C par tranche de 1 000 m. C’est dans cette couche que se forment la plupart des
nuages. La troposphère s’étend sur environ 16 km dans les régions tropicales (jusqu’à
une température de - 80 °C environ) et sur environ 9,7 km sous les latitudes
tempérées (jusqu’à une température de -50 °C environ).

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Au-dessus de la
troposphère se trouve
la stratosphère. Dans la
basse stratosphère, la
température est
pratiquement constante
ou augmente
légèrement avec
l’altitude, notamment
dans les régions
tropicales. À l’intérieur
de la couche d’ozone, la
température augmente
plus rapidement, et la température observée à la limite supérieure de la stratosphère,
à près de 50 km au-dessus du niveau de la mer, est approximativement identique à
celle de la surface de la Terre.
La couche située entre 50 et 80 km au-dessus du niveau de la mer est appelée la
mésosphère et se caractérise par une baisse sensible de la température allant de pair
avec l’élévation de l’altitude.
On sait, grâce à des recherches effectuées sur la propagation et la réflexion des
ondes hertziennes, qu’à partir d’une altitude de 80 km, les ultraviolets, les rayons X et
les gerbes d’électrons provenant du Soleil ionisent plusieurs couches de l’atmosphère,
les rendant ainsi conductrices de l’électricité; ces couches renvoient vers la Terre les
ondes hertziennes de certaines fréquences. En raison de la concentration relativement
forte des ions dans l’air au-delà de 80 km, cette couche, qui s’étend jusqu’à une
altitude de 640 km, est appelée ionosphère. Elle est aussi appelée thermosphère par
suite des températures élevées qui y règnent (elles peuvent atteindre 1 200 °C à
400 km environ.
La région située au-delà de l’ionosphère est appelée exosphère; elle se prolonge
jusqu’environ 9 600 km, limite ultime de l’atmosphère.
Pression atmosphérique
La densité de l’air sec au niveau de la mer représente 1/800 de la densité de l’eau; à
des altitudes plus élevées, elle décroît rapidement, restant proportionnelle à la
pression et inversement proportionnelle à la température. La pression atmosphérique
est mesurée au moyen d’un baromètre. Sous sa forme classique, celui-ci met en
rapport les forces exercées par le poids de l’air d’une part, et par le poids d’une
colonne de mercure, d’autre part. Au niveau de la mer, la colonne de mercure se
stabilise à une hauteur de 760 mm, valeur qui correspond à 1 015 hPa (hectopascals).
L’hectopascal, unité standard de pression correspondant à une force de 100 newtons
s’exerçant par mètre carré (N/m2), remplace, depuis 1986, le millibar (mbar) dont la
valeur était la même.

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À 5,6 km d’altitude, la pression n’est plus que de moitié (380 mm de mercure) ; la
moitié du volume total d’air présent dans l’atmosphère se situe en dessous de ce
niveau. La pression diminue à nouveau de moitié environ à chaque fois que l’on s’élève de
5,6 km supplémentaires. À 80 km, la pression ne correspond plus qu’à 0,007 mm de
mercure.
Étude de l’atmosphère
La troposphère et la majeure partie de la stratosphère peuvent être directement
explorées par le biais de ballons-sondes équipés d’instruments qui mesurent la pression
et la température de l’air, et d’un émetteur radio servant à transmettre les données à
une station réceptrice au sol. Des fusées transportant des dispositifs radio qui
transmettent les données relevées par des instruments météorologiques explorent
l’atmosphère jusqu’à plus de 400 km d’altitude. L’observation des aurores polaires
fournit des informations sur la partie allant jusqu’à une altitude de 800 km.

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le diagramme de l'air humide
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Présentation :
Le diagramme psychrométrique encore appelé
diagramme de l'air humide
est un diagramme
T,x.(température, teneur en humidité).
Il existe plusieurs types de diagrammes et les
plus utilisés sont les diagrammes de:
CARRIER – MOLLIER – PORCHER – AICVF
– COSTIC .
Le diagramme Carrier
que nous étudierons
se présente de la
façon suivante :
Les principales caractéristiques de l’air pouvant être lues ou repérées sur ce diagramme
sont :
La Température sèche : Ts
C'est la température repérée et lue sur un
thermomètre ordinaire agité dans l'air, à
l'ombre et à l'abri de tout rayonnement
thermique.
La lecture de cette température se fera
sur l'échelle horizontale du bas du
diagramme et s'exprime en degrés Celsius
(°C).
L’isotherme se représente par une droite verticale
Température humide : Th
C'est la température indiquée par un
thermomètre dont le bulbe est entouré d'un
coton hydrophile humidifié. Ce thermomètre
est placé dans un flux d'air relativement
rapide (2m/s).
L'appareil de mesure qui sert à déterminer à
la fois Ts et Th s'appelle un psychromètre.
Pour trouver la température humide, on
projette orthogonalement l'axe des températures sèches sur la courbe de saturation.
La température humide se lit sur la droite de saturation du diagramme et se déplace
suivant une oblique. Elle s'exprime aussi en degrés Celsius.