Psychrométrie – Air Humide

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Théorie
Climatisation de Confort
Psychrométrie – Air Humide
 Définitions et Caractéristiques Air SEC / Air Humide
 Le Diagramme de l’Air Humide
L’air atmosphérique qui nous entoure est constitué :
- d’air sec,
- de vapeur d’eau généralement invisible,
- de bactéries et poussières (hors étude ici !)
On parle alors d’air humide.
Les évolutions de l’air humide conditionnent la vie animale et végétale : le bois, le textile, le papier, les
matériaux, l’être humain, … subissent l’influence de l’humidité de l’air. De plus, les propriétés physiques,
dimensionnelles, mécaniques et chimiques de nombreux corps varient en fonction de l’humidité de l’air avec lequel ils
sont en contact.
1) DEFINITIONS :
1.1) CONDITIONS NORMALES DE TEMPERATURE ET DE PRESSION CNTP :
On définit les conditions normales de température et de pression comme suit :
0 = 0°C = + 273,15 K
p0 = 101325 Pa
1.2) MASSE MOLAIRE D’UN CORPS :
C’est la masse d’une mole d’un corps Symbole : M ; Unité : g/mol
Relation :
avec m = masse totale du corps en g
n = nombre de moles en mol
Mair = 29 g/mol Meau = 18 g/mol
1.3) VOLUME MOLAIRE D’UN CORPS :
C’est le volume d’une mole de ce corps. Symbole : Vm ; Unité : m3 ou litres/mol
Pour tous les gaz et dans les CNTP : Vm = 22,4 litres/mol
1.4) GAZ PARFAITS :
Aucun gaz n’est parfait, l’état parfait est un état que l’on peut concevoir mais non réaliser. Toutefois les gaz
réels se rapprochent d’autant plus de l’état parfait que leur pression est plus faible et que leur température est
éloignée de leurs conditions de liquéfaction. Dans les circonstances habituelles, les gaz réels sont très proches de
l’état parfait.
Tout au long de ce chapitre, nous considérerons l’air sec, la vapeur d’eau et l’air humide comme des gaz parfaits et
répondant à l’équation caractéristique des gaz parfaits :
Relation :
T r m V P 
ou
T R n V P 

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Formation des enseignants
2) L’AIR SEC :
La composition de l’air fut déterminée, pour la première fois, en 1774 par le chimiste français LAVOISIER. Il trouva
que l’air contenait en volume :
- 4/5ième d’un gaz n’entretenant pas la vie animale et qu’il nomma « azote »
- 1/5ième d’un gaz qui rallumait une bougie dont la mèche ne présentait plus qu’un point rouge
et qui activait les fonctions vitales d’un oiseau. Il nomma ce gaz « air éminemment
respirable », puis « air vital » et enfin « oxygène »
Des mesures très précises effectuées par le physicien français Georges CLAUDE ont montré que l’air sec était, en
fait, composé de : (proportions volumiques)
 20,99 % d’O2
 78,03 % de N2
 0,03 % de CO2
 0,95 % de gaz rares (argon, néon, hélium, krypton, hydrogène, xénon, ozone, radon)
L’air sec ne contient pas la moindre trace d’humidité !
Dans l’étude des traitements artificiels que l’on fera subir à l’air atmosphérique, la masse d’air sec sera pris en
référence car elle est, par définition, invariable.
3) LA VAPEUR D’EAU :
L’air atmosphérique contient une quantité non négligeable de vapeur d’eau, variable selon la température de
l’air. La connaissance de sa masse ou de sa pression partielle permettra de définir la quantité d’H2O qu’il faudra
enlever ou rajouter à l’ambiance afin d’atteindre les conditions souhaitées.
Généralement invisible, cette vapeur d’eau peut se retrouver sous forme liquide (condensation) voire sous
forme solide dans certaines conditions extrêmes de température obtenues, mais non souhaitées, lors de traitements
divers.
4) L’AIR ATMOSPHERIQUE ET CONDITIONS D’AMBIANCE :
Il représente le mélange d’air sec et de vapeur d’eau. En termes de pression, la valeur de la pression
atmosphérique est égale à la somme des pressions partielles de chacun d’eux.
Définir des conditions d’ambiance en vue de climatiser ou de maintenir l’air ambiant dans des conditions bien
particulières, ne pourra pas se décrire uniquement par la valeur de la température. En général, les CCTP rajoutent la
valeur de l’hygrométrie ambiante souhaitée.
Nous verrons que chaque destination de locaux (bureaux, ateliers, ….) dispose de ses propres valeurs (T et HR), bases
d’études de tous les projets.
Remarque : La masse d’air humide est donc variable du fait de la présence, en plus ou moins grande quantité, de
vapeur d’eau. On dit alors que le débit massique d’air humide est variable alors que le débit
volumique lui, reste constant.

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5) DEFINITIONS ET CARACTERISTIQUES DE L’AIR SEC ET DE LA VAPEUR D’EAU :
AIR SEC
VAPEUR D’EAU
MASSE VOLUMIQUE :
Définition : C’est la masse de l’unité de volume de ce corps
Symbole : as; Unité : kgas/m3
Relation :
V
m
as
as 
T 287
P
as
as 
Mas = 0,029 kg/mol
R = 8,32 J/mol.K
Définition : C’est la masse de l’unité de volume de ce corps
Symbole : v; Unité : kgv/m3
Relation :
V
m
v
v
T 462
P
v
v
MH2O = 0,018 kg/mol
R = 8,32 J/mol.K
VOLUME MASSIQUE :
C’est l’inverse de la masse volumique
Symbole : vas ; Unité : m3/kgas
Relation :
as
as 1
v
as
as PT 287
v 
C’est l’inverse de la masse volumique
Symbole : vv ; Unité : m3/kgv
Relation :
v
v1
v
v
vPT 462
v 
PRESSION PARTIELLE :
Définition : Pression qu’exerce seul un gaz dans une ambiance constituée de
plusieurs
Symbole : Pas ; Unité : Pa
Relation :
VT 287 m
T 287 P as
asas 
Définition : Pression qu’exerce seul un gaz dans une ambiance constituée de
plusieurs
Symbole : Pv ; Unité : Pa
Relation :
VT 462 m
T 462 P v
vv 

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AIR SEC
VAPEUR D’EAU
ENTHALPIE
Définition : L’enthalpie de l’air sec est la quantité de chaleur totale que contient
une masse d’air sec mas lorsqu’elle est à une certaine
température «  ».
Symbole : Has ; Unité : J ou kJ
Origine : Si  = 0°C Has = 0 kJ
Relation :
c m H asasas 
C kJ/kg.1,007 c as 
Définition : L’enthalpie de la vapeur d’eau est la quantité de chaleur totale que
contient une masse de vapeur d’eau mv lorsqu’elle est à une certaine
température «  ».
Symbole : Hv ; Unité : J ou kJ
Origine : Si  = 0°C Hv = 0 kJ
Relation :
c m L m H vvvvv 
C kJ/kg.1,86 c v
et
C kJ/kg. 2,226 -2490 L v
ENTHALPIE MASSIQUE
Unité : kJ/kgas
Relation :
c
m
H
h as
as
as
as 
Unité : kJ/kgas
Relation :
c L
m
H
h vv
v
v
v
Nota : Relation de Cadiergues :
kJ/kg 1,846 2500,8 hv
Relation de Casari :
kWh/kg 0,523 694,4 hv
Relation de Porcher :
kJ/kg 1,96 2490 hv
Applications 1 et 2 : Calculer la masse volumique de l’air sec dans les conditions : CTPN
Calculer Masse volumique et Volume massique d’un air sec dans les conditions suivantes :  = 20 [°C] et P = 101300 [Pa]

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6) DEFINITIONS ET CARACTERISTIQUES DE L’AIR HUMIDE :
PRESSION
Loi de Dalton : La pression totale de l’air humide est égale à la somme des
pressions partielles de chaque gaz constituant le mélange (ici air sec + vapeur
d’eau). On l’appelle aussi pression atmosphérique.
vas P P P 
Pas = pression partielle de l’air sec en Pa
Pv = pression partielle de vapeur d’eau en Pa
A une température donnée, si on augmente mv dans le volume V, Pv augmente
aussi jusqu’à une valeur maximale appelée pression partielle ou tension de
vapeur saturante notée Pvs ou Pv sat
Si :  < -10°C :
0,01025 27,952
2,7877
vs 10 P
Relation DE CADIERGUES
0,1354 31,559
9,756 2,7877
vs 10 P
Si -10 °C < . < 80 °C
0,1354 31,559
2,7877
vs 10 P
Relation DE CADIERGUES :
241
7,625 2,7877
vs 10 P
Air Saturé
Courbe de saturation
Vapeur d'eau à Pvs
+ eau liquide
Vapeur d'eau
Pvs
Si à cet air humide on continue à apporter de la vapeur d’eau, cet air va refuser
de l’incorporer sous forme de vapeur. Il va y avoir condensation instantanée de
cette vapeur, l’eau restera en suspension sous forme de gouttelettes
Air sur saturé ou brouillard
Application 3 : On étudie un volume de 10 m3 d’air humide : cet air est à la température de 20°C et contient 3 g d’eau.
Calculer PV , PVS et Mv ( masse de vapeur d’eau à injecter pour saturer cet air )